JP4962413B2 - 液状体吐出装置、及び液状体吐出方法 - Google Patents
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Description
液状体は、温度によって粘度が変動することが知られている。液状体吐出装置においては、液状体の粘度が変動することによって、液状体の流動抵抗が変動するため、吐出量が変動する可能性がある。すなわち、液状体吐出装置の温度が変動することに起因して、吐出装置からの吐出量が変動するという課題があった。
特許文献1には、液滴吐出装置をチャンバ内に設置して雰囲気の温度を略一定に維持すると共に、吐出重量を測定して、測定結果に拠って吐出量を調整することによって、均一な吐出量を実現する液滴吐出システムが開示されている。
本発明にかかる液状体吐出装置は、液状体を吐出する吐出手段と前記液状体が吐出される被吐出物との相対移動を行い、前記被吐出物に所定のパターンを形成する液状体吐出装置であって、前記吐出手段から吐出される前記液状体の吐出量を測定する吐出量測定手段と、前記液状体の温度を取得する温度取得手段と、前記液状体の温度を調整する温度調整手段と、前記吐出手段の吐出量を調整する吐出量調整手段と、を備え、前記温度取得手段は、前記被吐出物に前記所定のパターンを形成する際の前記液状体の温度を取得し、前記温度調整手段は、前記吐出量測定手段により吐出量を測定する際の前記液状体の温度を、前記温度取得手段が取得した前記液状体の温度に調整することを特徴とする。
本発明にかかる液状体吐出装置は、液状体を吐出する吐出手段と前記液状体が吐出される被吐出物との相対移動を行い、前記被吐出物に所定のパターンを形成する液状体吐出装置であって、前記吐出手段から吐出される前記液状体の吐出量を測定する吐出量測定手段と、前記吐出手段又は前記液状体の温度を取得する温度取得手段と、前記吐出手段又は前記液状体の温度を調整する温度調整手段と、前記吐出手段の吐出量を調整する吐出量調整手段と、を備え、前記温度取得手段は、2種類以上の異なる暖機駆動条件において前記吐出手段の暖機駆動を実施することによって、前記所定のパターン形成時の温度を推定し、
前記温度調整手段は、前記吐出手段を暖機駆動させることによって、前記吐出量測定手段により吐出量を測定する際の前記吐出手段の温度又は前記液状体の温度を、推定した温度に調整することを特徴とする。
本発明にかかる液状体吐出装置は、液状体を吐出する吐出手段と前記液状体が吐出される被吐出物との相対移動を行い、前記被吐出物に所定のパターンを形成する液状体吐出装置であって、前記吐出手段から吐出される前記液状体の吐出量を測定する吐出量測定手段と、前記吐出手段を暖機駆動させる暖機駆動条件を求める暖機条件設定手段と、前記吐出手段又は前記液状体の温度を調整する温度調整手段と、前記吐出手段の吐出量を調整する吐出量調整手段と、を備え、前記暖機条件設定手段は、2種類以上の異なる前記暖機駆動条件において前記暖機駆動を実施することによって、前記暖機駆動を実施することで前記吐出手段又は前記液状体の温度が前記所定のパターン形成時の温度となる暖機駆動条件を推定し、前記吐出量測定手段は、推定した暖機駆動条件において暖機駆動を行った後、前記吐出手段から吐出される前記液状体の吐出量を測定することを特徴とする。
本発明にかかる液状体吐出方法は、液状体を吐出する吐出手段と前記液状体が吐出される被吐出物との相対移動を行い、前記被吐出物に所定のパターンを形成する液状体吐出方法であって、前記被吐出物に前記所定のパターンを形成する際の前記吐出手段の温度を取得する温度取得工程と、前記温度取得工程において取得した前記前記吐出手段の温度に、前記吐出手段の温度を調整する温度調整工程と、前記温度調整工程において調整した前記吐出手段の温度において、前記吐出手段から吐出される前記液状体の吐出量を測定する吐出量測定工程と、前記吐出手段の吐出量を調整する吐出量調整工程と、を有することを特徴とする。
本発明にかかる液状体吐出方法は、液状体を吐出する吐出手段と前記液状体が吐出される被吐出物との相対移動を行い、前記被吐出物に所定のパターンを形成する液状体吐出方法であって、前記被吐出物に前記所定のパターンを形成する際の前記液状体の温度を取得する温度取得工程と、前記温度取得工程において取得した前記液状体の温度に、前記液状体の温度を調整する温度調整工程と、前記温度調整工程において調整した前記液状体の温度において、前記吐出手段から吐出される前記液状体の吐出量を測定する吐出量測定工程と、 前記吐出手段の吐出量を調整する吐出量調整工程と、を有する。
[適用例1]本適用例にかかる液状体吐出装置は、液状体を吐出する吐出手段と前記液状体が吐出される被吐出物とを相対移動させ、前記被吐出物に所定のパターンを形成する液状体吐出装置であって、前記吐出手段から吐出される前記液状体の吐出量を測定する吐出量測定手段と、前記吐出手段の前記所定のパターン形成時の温度を取得する温度取得手段と、前記吐出手段の温度を調整する温度調整手段と、前記吐出手段の吐出量を調整する吐出量調整手段と、を備え、前記温度調整手段は、前記吐出量測定手段により吐出量を測定する際の前記吐出手段の温度を前記所定のパターン形成時の温度に調整することを特徴とする。
なお、吐出手段の温度としては、吐出手段における液状体が吐出される孔の周囲の温度や、液状体に吐出圧力を加える加圧室の温度や、液状体の流路の温度や、加圧室や流路の外壁面の温度などを、適宜採用することができる。いずれの温度であっても、当該部分の吐出手段による所定のパターン形成時の温度を取得し、吐出量を測定する際における当該部分の温度を、温度取得手段が取得した所定のパターン形成時の温度に調整する。
なお、液状体の温度としては、吐出手段における液状体が吐出される孔に在る液状体の温度や、液状体に吐出圧力を加える加圧室内の液状体の温度や、液状体の流路内の液状体の温度や、吐出手段に供給される直前の液状体の温度などを、適宜採用することができる。いずれの液状体の温度であっても、当該部分の吐出手段による所定のパターン形成時の温度を取得し、吐出手段が所定のパターン形成を開始する時点における当該液状体の温度を、温度取得手段が取得した所定のパターン形成時の温度に調整する。
なお、吐出手段の温度としては、吐出手段における液状体が吐出される孔の周囲の温度や、液状体に吐出圧力を加える加圧室の温度や、液状体の流路の温度や、加圧室や流路の外壁面の温度などを、適宜採用することができる。いずれの温度であっても、当該部分の吐出手段による所定のパターン形成時の温度を取得し、吐出量を測定する際における当該部分の温度を、温度取得手段が取得した所定のパターン形成時の温度に調整する。
なお、液状体の温度としては、吐出手段における液状体が吐出される孔に在る液状体の温度や、液状体に吐出圧力を加える加圧室内の液状体の温度や、液状体の流路内の液状体の温度や、吐出手段に供給される直前の液状体の温度などを、適宜採用することができる。いずれの温度であっても、当該部分の吐出手段による所定のパターン形成時の温度を取得し、吐出手段が所定のパターン形成を開始する時点における当該液状体の温度を、温度取得手段が取得した所定のパターン形成時の温度に調整する。
本実施形態に係る液状体吐出装置としての液滴吐出装置は、液晶装置の製造ラインに組み込まれており、色要素膜を構成する材料などを含む機能液を吐出可能なインクジェット方式の液滴吐出ヘッドを用い、描画対象物(被加工物)としてのガラス基板などの上に当該機能液を配置することで、カラーフィルタの色要素膜などを形成するものである。
最初に、フィルタ膜などの機能膜の形成に用いられる液滴吐出法について説明する。液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、しかも所望の位置に所望の量の材料を精度よく配置できるという利点を有する。液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換方式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。
このうち、電気機械変換方式は、ピエゾ素子(圧電素子)がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって液状の材料を貯留した空間に可撓性を有する材料で形成された部材を介して圧力を与え、この空間から液状材料を押し出して吐出ノズルから吐出させるものである。ピエゾ方式は、液状材料を加熱し発泡させることがないため、材料の組成などへの影響が少なく、駆動電圧を調整することによって液滴の大きさを容易に調整することができるなどの利点を有する。本実施形態では、材料の組成などに影響を与えないため液状材料選択の自由度が高いこと、及び液滴の大きさを容易に調整することができるため液滴の制御性がよいことから、上記ピエゾ方式を用いる。
次に、液滴吐出装置1の全体構成について、図1及び図2を参照して説明する。図1は、液滴吐出装置の概略構成を示す平面図である。図2は、液滴吐出装置の概略構成を示す側面図である。
X軸テーブル11及びY軸テーブル12の駆動と同期して、吐出ユニット2の液滴吐出ヘッド17を吐出駆動させることによって機能液の液滴を吐出させることで、ワーク載置台21の上に載置されたワークWに対して、任意の描画パターンを、機能液によって描画する。
次に、図3を参照して、液滴吐出ヘッド17について説明する。図3は、液滴吐出ヘッドの構成を示す図である。図3(a)は、液滴吐出ヘッドをノズルプレート側から見た外観斜視図であり、図3(b)は、液滴吐出ヘッドの圧力室周りの構造を示す斜視断面図であり、図3(c)は、液滴吐出ヘッドの吐出ノズル部の構造を示す断面図である。液滴吐出ヘッド17が、吐出手段に相当する。
圧力室プレート151には、液体導入部71から振動板152の液供給孔153を経由して供給される機能液が常に充填される液たまり155が形成されている。液たまり155は、振動板152と、ノズルプレート76と、圧力室プレート151の壁とに囲まれた空間である。また、圧力室プレート151には、複数のヘッド隔壁157によって区切られた圧力室158が形成されている。振動板152と、ノズルプレート76と、2個のヘッド隔壁157とによって囲まれた空間が圧力室158である。
圧電素子159は電極層と圧電材料とを積層した活性部を有し、電極層に駆動電圧を印加することで、活性部が長手方向(図3(b)又は(c)における振動板152の厚さ方向)に縮む。活性部が縮むことで、圧電素子159の一端が固定された振動板152が圧力室158と反対側に引張られる力を受ける。振動板152が圧力室158と反対側に引張られることで、振動板152が圧力室158の反対側に撓む。これにより、圧力室158の容積が増加することから、機能液が液たまり155から供給口156を経て圧力室158に供給される。次に、電極層に印加されていた駆動電圧が解除されると、活性部が元の長さに戻ることで、圧電素子159が振動板152を押圧する。振動板152が押圧されることで、圧力室158側に戻る。これにより、圧力室158の容積が急激に元に戻る、すなわち増加していた容積が減少することから、圧力室158内に充填されていた機能液に圧力が加わり、当該圧力室158に連通して形成された吐出ノズル78から機能液が液滴となって吐出される。機能液が流動する、液たまり155、供給口156、及び圧力室158などが、機能液の流路に相当する。
次に、吐出ユニット2が備えるヘッドユニット54の概略構成について、図4を参照して説明する。図4は、ヘッドユニットの概略構成を示す平面図である。図4に示したX軸及びY軸は、ヘッドユニット54が液滴吐出装置1に取り付けられた状態において、図1に示したX軸及びY軸と一致している。
次に、吐出検査ユニット18について、図5を参照して説明する。図5は、検査描画ユニットの全体構成を示す外観斜視図である。図1を参照して説明したように、吐出検査ユニット18は、検査描画ユニット161と、撮像ユニット162とを有している。検査描画ユニット161は、重量測定ユニット19及びフラッシングユニット14と一体に移動するように構成されている。
次に、重量測定ユニット19及びフラッシングユニット14について、図6を参照して説明する。図6は、重量測定ユニットの部分及びフラッシングユニットの部分を含む重量測定ブロックの図である。図6(a)は、重量測定ブロックの平面図であり、図6(b)は、重量測定ブロックの側面図である。上述したように、重量測定ユニット19、フラッシングユニット14、及び検査描画ユニット161が一体に設けられた吐出検査ブロックが、一体に移動するように構成されている。
重量測定時フラッシングボックス95及び定期フラッシングボックス93内には、機能液吸収材97が、その両長辺部を一対の押えプレート98により押え付けた状態で敷設されている。なお、受液容器94は、各液滴吐出ヘッド17に対し、ノズル列単位で機能液を受け得る大きさに形成されている。
次に、上述したような構成を有する液滴吐出装置1を駆動するための電気的構成について、図7を参照して説明する。図7は、液滴吐出装置の電気的構成を示す電気構成ブロック図である。液滴吐出装置1は、制御装置65を介してデータの入力や、稼働開始や停止などの制御指令の入力を行うことで、制御される。制御装置65は、演算処理を行うホストコンピュータ66と、液滴吐出装置1に情報を入出力するための入出力装置68とを有し、インタフェイス(I/F)67を介して吐出装置制御部6と接続されている。入出力装置68は、情報を入力可能なキーボード、記録媒体を介して情報を入出力する外部入出力装置、外部入出力装置を介して入力された情報を保存しておく記録部、モニタ装置などである。
なお、本実施形態における吐出重量は、液滴吐出ヘッド17が吐出する機能液の液滴一滴の重量である。液滴吐出ヘッド17が吐出する機能液の液滴一滴の大きさ(体積)は、吐出量と表記する。吐出重量と吐出量とは、同じ量を重量又は体積で表す場合のそれぞれの呼称である。
なお、液滴吐出ヘッド17の温度としては、液滴吐出ヘッド17の部分であって、当該部分の温度の変動が、液滴吐出ヘッド17が吐出する液滴の重量の変動に関連付けて測定可能な部分の温度を用いる。例えばポンプ部75の外壁面の温度や、ノズルプレート76の温度や、振動板152の圧力室158を構成する部分の温度などのいずれかを用いることができる。ヘッド温度センサ142は、例えば接触式の温度センサであって、これらのいずれかに接触して、これらの温度のいずれかを測定可能な位置に配設されている。
次に、液滴吐出装置1における吐出制御方法について、図8を参照して説明する。図8は、液滴吐出ヘッドの電気的構成と信号の流れを示す説明図である。
図8に示すように、ヘッドドライバ17dは、FFCケーブルを介して各液滴吐出ヘッド17と電気的に接続されている。また、液滴吐出ヘッド17は、吐出ノズル78(図3参照)ごとに設けられた圧電素子159に対応して、シフトレジスタ(SL)85と、ラッチ回路(LAT)86と、レベルシフタ(LS)87と、スイッチ(SW)88とを備えている。
次に、圧電素子159に印加する駆動信号の駆動波形、及び当該駆動波形の駆動信号を印加された圧電素子159の動作による吐出動作について、図9を参照して説明する。図9は、駆動波形の基本波形及び駆動波形に対応した圧電素子の動作を示す図である。図9(a)は、圧電素子に印加する駆動信号の駆動波形の基本波形を示す図であり、図9(b)は、駆動波形に対応した圧電素子の動作による液滴吐出ヘッドの吐出動作を示す模式断面図である。
図9(b)に示すように、圧電素子159を中間電位に維持した待機状態では、圧電素子159がわずかに縮んで振動板152が圧電素子159の側に引張られることで、振動板152が圧力室158の反対側に撓んでいる(図9(b)のA)。
高電位の電圧値によって、圧電素子159が縮む量が異なるため、圧力室158の容積が増加する量も異なる。このため、当該高電位の電圧値を変えることによって、圧力室158に充填されて吐出される機能液の量、すなわち液滴吐出ヘッド17からの吐出量を調整することができる。
圧電素子159の機械振動が収まる時間だけ吐出後待機状態を維持した後、圧電素子159に印加する電圧を中間電位に引き上げて(図9(a)のF)、再び待機状態(中間電位)にする。
次に、液滴吐出装置1を用いて機能膜を形成する電気光学装置としての液晶装置の一例である液晶表示パネルについて説明する。液晶表示パネル200(図10参照)は、液晶装置の一例であり、カラーフィルタの一例である液晶表示パネル用のカラーフィルタを備える液晶表示パネルである。
最初に、液晶表示パネル200の構成について、図10を参照して説明する。図10は、液晶表示パネルの概略構成を示す分解斜視図である。図10に示した液晶表示パネル200は、駆動素子として薄膜トランジスタ(TFT(Thin Film Transistor)素子)を用いるアクティブマトリックス方式の液晶装置であり、図示省略したバックライトを用いる透過型の液晶装置である。
次に、マザー対向基板201Aについて、図11を参照して説明する。対向基板220は、分割されてガラス基板201となるマザー対向基板201Aの上に上述したCF層208などを形成した後、マザー対向基板201Aを個別の対向基板220(ガラス基板201)に分割して形成される。図11(a)は、対向基板の平面構造を模式的に示す平面であり、図11(b)は、マザー対向基板の平面構造を模式的に示す平面図である。なお、本実施形態においては、マザー対向基板201Aの上にCF層208などを形成したものや、CF層208などを形成する途中の状態のものも、マザー対向基板201Aと表記する。
次に、対向基板220に形成されているCF層208及びCF層208におけるフィルタ膜205(赤色フィルタ膜205R、緑色フィルタ膜205G、及び青色フィルタ膜205B)の配列について、図12を参照して説明する。図12は、3色カラーフィルタのフィルタ膜の配列例を示す模式平面図である。
次に、液晶表示パネル200を形成する工程について、図13、図14、及び図15を参照して説明する。図13は、液晶表示パネルを形成する過程を示すフローチャートである。図14は、液晶表示パネルを形成する過程におけるフィルタ膜を形成する工程などを示す断面図であり、図15は、液晶表示パネルを形成する過程における配向膜を形成する工程などを示す断面図である。液晶表示パネル200は、それぞれ別々に形成した素子基板210と対向基板220とを、貼り合わせて形成する。
ステップS1では、ガラス基板201の上に、フィルタ膜領域225を区画形成するための隔壁部を形成する。隔壁部は、ブラックマトリックス202を格子状に形成し、その上にバンク203を形成して、ブラックマトリックス202とバンク203とで構成された隔壁204を格子状に配置することによって形成する。これにより、図14(a)に示すように、ガラス基板201の表面に、隔壁204によって区画された方形のフィルタ膜領域225が形成される。
次に、図13のステップS4では、対向電極207を形成する。図14(f)に示すように、平坦化膜206の上の、少なくともCF層208のフィルタ膜205が形成された領域の全面を覆う領域に、透明な導電材料を用いて、薄膜を形成する。この薄膜が、上述した対向電極207である。
図15(g)に示すように、対向電極207が形成されたガラス基板201の表面に液滴吐出ヘッド17を対向させて、液滴吐出ヘッド17からガラス基板201の表面に向けて配向膜液242を吐出する。同時に、ガラス基板201に対して液滴吐出ヘッド17を矢印aで示したように相対移動させることによって、ガラス基板201の配向膜228を形成する領域の全面に配向膜液242を配置する。配置された配向膜液242を乾燥させることで、図15(h)に示すように、配向膜228を形成する。ステップS5を実施して、対向基板220が形成される。
ステップS6では、ガラス基板211の上に導電層や絶縁層や半導体層を形成することで、TFT素子215などの素子や、走査線212や、信号線214や、絶縁層216などを形成する。走査線212及び信号線214は、素子基板210と対向基板220とが、貼り合わされた状態で、隔壁204に対向する位置に、即ち画素の周辺の位置に形成する。TFT素子215は、画素の端に位置するように形成し、1画素に少なくとも1個のTFT素子215を形成する。
図15(i)に示すように、画素電極217が形成されたガラス基板211の表面に液滴吐出ヘッド17を対向させて、液滴吐出ヘッド17からガラス基板211の表面に向けて配向膜液242を吐出する。同時に、ガラス基板211に対して液滴吐出ヘッド17を矢印aで示したように相対移動させることによって、ガラス基板211の配向膜218を形成する領域の全面に配向膜液242を配置する。配置された配向膜液242を乾燥させることで、図15(j)に示すように、配向膜218を形成する。ステップS8を実施して、素子基板210が形成される。
次に、液滴吐出装置1を用いて機能液を配置して機能膜を形成する対象物の一例として、金属配線を形成する配線基板について、図16を参照して説明する。図16は配線基板のマザー基板を示す概略平面図である。
図16に示すように、配線基板270は、半導体装置(IC)を平面実装する回路基板であり、ICの入出力電極(バンプ)に対応して配置された導電性材料からなる配線としての入力配線271及び出力配線273と、絶縁膜277とにより構成されている。絶縁膜277は、二点鎖線で示した外形276の内側であって、二点鎖線で示した実装領域275以外の部分に形成されており、入力端子部272及び出力端子部274を避けると共に、実装領域275の内側に入力配線271と出力配線273のそれぞれの一部が露出するように複数の入力配線271及び出力配線273を覆っている。配線基板270は、マザー基板270A上に、複数の配線基板270がマトリクス状に形成される。当該マザー基板270Aを分割することによって、個別の配線基板270がり取り出される。マザー基板270Aは、絶縁基板としてリジットなガラス基板、セラミック基板、ガラスエポキシ樹脂基板の他、フレキシブルな樹脂基板を用いることができる。分割方法としては、スクライブ、ダイシング、レーザーカット、プレスなどがマザー基板270Aの材料に応じて選択できる。
次に、液滴吐出装置1が有する液滴吐出ヘッド17から機能液を吐出して、マザー対向基板201AにおけるCF層208のフィルタ膜領域225などに機能液を配置するための工程について、図17を参照して説明する。図17は、機能液を配置する工程を示すフローチャートである。
ポンプ部75の外壁面や、振動板152の圧力室158を構成する部分の温度は、当該部分にヘッド温度センサ142を配設して測定することができる。振動板152の圧力室158を構成する部分の温度は、圧電素子159を構成する圧電材料を温度センサとして利用して測定することもできる。ポンプ部75の外壁面や、ノズルプレート76の温度は、非接触の赤外線温度センサを用いて離れた位置から測定することもできる。
吐出装置制御部6が、当該駆動条件で液滴吐出ヘッド17を駆動させることによって、暖機駆動を実施する。この場合、吐出装置制御部6が、温度調整手段に相当する。
重量測定の開始に際して、X軸リニアモータ26によってX軸第2スライダ23をX軸方向に移動させると共に、Y軸リニアモータによってヘッドユニット54をY軸方向に移動させる。この操作によって、X軸第2スライダ23に固定された各重量測定装置91の各受液容器94を、ヘッドユニット54の各ヘッド組55の1番目の液滴吐出ヘッド17に臨ませる。
次に、各受液容器94に向けて、各ヘッド組55の1番目の液滴吐出ヘッド17の一列のノズル列78Aにおける全ノズルから、重量測定吐出を実施する。このとき、各ヘッド組55の2番目及び3番目の液滴吐出ヘッド17は、重量測定時フラッシングボックス95に対向しており、重量測定時フラッシングボックス95に向けて捨て吐出を実施する。予め定めた所定量の重量測定吐出が終わると、電子天秤99により、受液容器94に着弾した吐出液滴の重量の測定を行う。
ヘッド組55の吐出重量測定は、ヘッド組55が備える3個の液滴吐出ヘッド17が有する6列のノズル列78Aについて、それぞれ吐出重量を測定する。重量測定装置91を備える重量測定ユニット19が、吐出量測定手段に相当する。
ステップS25の描画吐出を実施して、機能液を配置する工程を終了する。
なお、描画吐出が終了したマザー対向基板201Aなどの加工対象物を、新たな加工対象物と交換する際は、液滴吐出ヘッド17は休止状態であり、描画吐出を実施している際の液滴吐出ヘッド17の温度が維持されない可能性がある。したがって、加工対象物の交換の間などのように、描画吐出の間に液滴吐出ヘッド17が休止している場合には、ヘッド温度の変化を抑制するために、液滴吐出ヘッド17の暖機駆動を実施することが好ましい。
次に、液滴吐出ヘッド17における暖機駆動の駆動条件の設定方法について、図18を参照して説明する。図18(a)は、吐出重量(吐出量)とヘッド温度との関係を示すグラフであり、図18(b)は、描画吐出を実施している時間とヘッド温度との関係を示すグラフであり、図18(c)は、暖機駆動及び描画吐出を実施している時間とヘッド温度との関係を示すグラフであり、図18(d)は、暖機駆動電圧を推定する方法を示すグラフである。
図8を参照して説明したように、シフトレジスタ85に伝送されたノズルデータは、ラッチ信号(LAT)がラッチ回路86に入力されるタイミングでラッチされ、さらにレベルシフタ87でスイッチ88用のゲート信号に変換される。ノズルデータが「ON」の場合にはスイッチ88が開いて圧電素子159に駆動信号(COM)が供給され、対応する吐出ノズル78からは機能液が液滴となって吐出される。吐出ノズル78において、ラッチされた回数に対する機能液が液滴となって吐出される回数を、吐出ノズルの「吐出率」と表記する。液滴吐出ヘッド17が有する全ての吐出ノズル78の吐出率の平均値を、液滴吐出ヘッド17の吐出率と表記する。ノズル列78Aが有する全ての吐出ノズル78の吐出率の平均値を、ノズル列78Aの吐出率と表記し、複数の吐出ノズル78からなるノズル群が有する全ての吐出ノズル78の吐出率の平均値を、当該ノズル群の吐出率と表記する。
描画する形状は様々であり、描画吐出を実施している液滴吐出ヘッド17の吐出率は、描画する形状によって異なっている。液滴吐出ヘッド17の吐出率が異なると、圧電素子159や圧電素子159の駆動回路などの稼働状態が異なるため、描画中飽和温度HM℃も、それぞれの吐出率に対応した、異なる値となる。
適正な吐出量が得られる設計上の駆動電圧のa%の駆動電圧である駆動電圧aで暖機駆動をすると、ヘッド温度はHa℃に収束し、時点Sにおけるヘッド温度は、Ha℃となる。Ha℃のヘッド温度で描画吐出を開始すると、図18(c)にa0と表記した温度上昇曲線でヘッド温度が上昇して、略描画中飽和温度HM℃になって略安定する。曲線a0の、時点Sにおける傾きを傾きa1と表記する。
適正な吐出量が得られる設計上の駆動電圧のb%の駆動電圧である駆動電圧bで暖機駆動をすると、ヘッド温度はHb℃に収束し、時点Sにおけるヘッド温度は、Hb℃となる。Hb℃のヘッド温度で描画吐出を開始すると、図18(c)にb0と表記した温度下降曲線でヘッド温度が下降して、略描画中飽和温度HM℃になって略安定する。曲線b0の、時点Sにおける傾きを傾きb1と表記する。
図18(c)に示すように、適正な吐出量が得られる設計上の駆動電圧のM%の駆動電圧である駆動電圧をMで暖機駆動を実施すると、ヘッド温度はHM℃に収束し、時点Sにおけるヘッド温度は、描画中飽和温度HM℃となると推定される。描画中飽和温度HM℃のヘッド温度で描画吐出を開始すると、描画吐出の間に液滴吐出ヘッド17の温度が変動する可能性はほとんどないため、描画吐出開始時から液滴吐出ヘッド17の温度は略安定している。
駆動電圧をMで暖機駆動を実施して、到達する液滴吐出ヘッド17の温度が描画中飽和温度HM℃とは異なっていた場合には、暖機駆動の駆動電圧をMから微調整して、当該駆動電圧を用いて再度暖機駆動を行い、描画中飽和温度HM℃が得られる適切な暖機駆動の駆動電圧を求める。
(1)吐出重量測定に先立って暖機駆動を実施して、吐出重量測定を実施する際の液滴吐出ヘッド17の温度を描画中飽和温度に調整することによって、吐出重量測定を実施する間の液滴吐出ヘッド17の温度を、描画中の温度と略同一にすることができる。これにより、吐出重量測定時の液滴吐出ヘッド17の温度と、描画吐出時の液滴吐出ヘッド17の温度と、の差に起因して生ずる可能性がある吐出重量の測定誤差を抑制することができる。
次に、液状体吐出装置、液状体吐出方法、電気光学装置の製造装置、電気光学装置の製造方法、電子機器の製造装置、及び電子機器の製造方法の第二の実施形態について、説明する。本実施形態に係る液状体吐出装置としての液滴吐出装置は、第一の実施形態と同様に、液晶装置の製造ラインに組み込まれているものである。この液滴吐出装置は、色要素膜を構成する材料などを含む機能液を吐出可能なインクジェット方式の液滴吐出ヘッドを用い、描画対象物(被加工物)としてのガラス基板などの上に当該機能液を配置することで、カラーフィルタの色要素膜などの機能膜を形成する。
本実施形態の液滴吐出装置301(図20参照)は、第一の実施形態の液滴吐出装置1と基本的な構成及び機能は共通である。液滴吐出装置301の液滴吐出装置1と異なる構成、及び液滴吐出装置301を用いてフィルタ膜205を形成する描画工程について説明する。
最初に、吐出ユニット302(図20参照)が有するヘッドユニット354における、液滴吐出ヘッド17のキャリッジプレート53への取付構造、及び温度調整ユニット110の取付構造について、図19を参照して説明する。図19は、液滴吐出ヘッド、及び温度調整ユニットのキャリッジプレートへの取付構造を示す図である。図19(a)は、キャリッジプレートに取り付けられた液滴吐出ヘッド及び温度調整ユニットをノズルプレート側からみた平面図であり、図19(b)は、図19(a)にA−Aで示した断面の断面図である。図19(c)は、キャリッジプレートに取り付けられた液滴吐出ヘッド及び温度調整ユニットの側面図であり、図19(d)は、キャリッジプレートに取り付けられた温度調整ユニットの側面図であり、図19(e)は、温度調整ユニットの端子基板の平面図である。
キャリッジプレート53にはヘッド開口53aが形成されており、主ヘッド保持部材102がヘッド開口53aを略覆うように、キャリッジプレート53に固定されている。主ヘッド保持部材102は、主ヘッド保持部材102に形成された孔を貫通してキャリッジプレート53に形成されたねじ孔に螺合した3本の保持部材ねじ108により、キャリッジプレート53に固定されている。以降、主ヘッド保持部材102がセットされた側を「裏面側」と表記し、反対側を「表面側」と表記する。
1個の液滴吐出ヘッド17に対応して、2個の温度調整ユニット110が取り付けられている。温度調整ユニット110は、ヘッド本体74における液滴吐出ヘッド17のノズル列78A(図3参照)の延在方向に延在する外面に沿って固定されている。
伝熱パターン114におけるカバーフィルム117によって覆われておらず露出した部分が、液滴吐出ヘッド17のヘッド本体74の外壁に熱伝導性に富む材料で形成された接着剤を用いて接着されている。ベースフィルム116における図19(e)に示した開口部116aの部分で露出した伝熱パターン114には、温度調整素子111が固定されている。温度調整素子111は、フレキシブルフラットケーブル(FFCケーブル)(図示省略)によって、電気的に吐出装置制御部306(図20参照)に接続されている。FFCケーブルを介して、吐出装置制御部306から温度調整素子111に制御信号が送られることによって、温度調整素子111の温度が制御される。
温度調整素子111から、温度調整素子111に固定された端子基板112の伝熱パターン114を介して、伝熱パターン114が接着されている液滴吐出ヘッド17のヘッド本体74の外壁に熱エネルギが伝導される、又は液滴吐出ヘッド17から熱エネルギが奪われる。これによって、液滴吐出ヘッド17の温度が調整される。図3を参照して説明したように、ヘッド本体74の当該外壁の内側には、圧力室158が形成されており、外壁が温度調整されることで、圧力室158や、ノズルプレート76の圧力室158に臨む部分や、圧力室158内の機能液などが、温度調整される。温度調整素子111としては、例えばペルチェ素子を用いる。ペルチェ素子は、印加する電圧の極性を変えるだけで加熱素子又は冷却素子として機能する。
伝熱基部114aは、片面がカバーフィルム117に覆われており、もう一面は、周辺部分がベースフィルム116に覆われており、ベースフィルム116の開口部116aの部分が露出している。この伝熱基部114aの露出部分に、温度調整素子111が、熱伝導可能に接続される。
伝熱基部114aと端子部114bとの境界部分に形成されている複数の調整孔115のそれぞれにおいて、調整孔115の幅を変えることによって、伝熱基部114aと端子部114bとの境界部分の幅、及び伝熱基部114aと端子部114bとを連結する部分の配置を調整することができる。伝熱基部114aと端子部114bとを連結する部分の配置を調整することにより、単位時間当たりに伝わる熱量をノズル列における吐出ノズルの配列方向において異ならせることができる。
次に、上述したような構成を有する液滴吐出装置301を駆動するための電気的構成について、図20を参照して説明する。図20は、液滴吐出装置の電気的構成を示す電気構成ブロック図である。液滴吐出装置301は、第一の実施形態における液滴吐出装置1と同様に、制御装置65を介してデータの入力や、稼働開始や停止などの制御指令の入力を行うことで、制御される。
次に、液滴吐出装置301が有する液滴吐出ヘッド17から機能液を吐出して、マザー対向基板201AにおけるCF層208のフィルタ膜領域225などに機能液を配置するための工程について、図21を参照して説明する。図21は、機能液を配置する工程を示すフローチャートである。
ポンプ部75の外壁面や、振動板152の圧力室158を構成する部分の温度は、当該部分に温度センサを配設して測定することができる。振動板152の圧力室158を構成する部分の温度は、圧電素子159を構成する圧電材料を温度センサとして利用して測定することもできる。ポンプ部75の外壁面や、ノズルプレート76の温度は、非接触の赤外線温度センサを用いて離れた位置から測定することもできる。
より詳細には、液滴吐出ヘッド17においてその部分の温度をヘッド温度の描画中飽和温度をとした部分の温度と、温度調整素子111の温度との相互関係を予め求めて、ヘッド温度と温度調整素子111との温度関係テーブルを作成し、吐出装置制御部306のRAM46やハードディスク48に記憶しておく。次に、ステップS31で入力された描画中飽和温度を温度関係テーブルに照らして、描画中飽和温度に対応する温度調整素子111の温度を求める。次に、温度調整素子111の温度を、求めた描画中飽和温度に対応する温度調整素子111の温度に調整する。
吐出装置制御部306及び温度調整ユニット110が、温度調整手段に相当し、加熱手段又は冷却手段にも相当する。
次に、各受液容器94に向けて、各ヘッド組55の1番目の液滴吐出ヘッド17の一列のノズル列78Aにおける全ノズルから、重量測定吐出を実施する。このとき、各ヘッド組55の2番目及び3番目の液滴吐出ヘッド17は、重量測定時フラッシングボックス95に対向しており、重量測定時フラッシングボックス95に向けて捨て吐出を実施する。予め定めた所定数の液滴の重量測定吐出が終わると、電子天秤99により、受液容器94に着弾した吐出液滴の重量の測定を行う。
ステップS35の描画吐出を実施して、機能液を配置する工程を終了する。
なお、描画吐出が終了したマザー対向基板201Aなどの加工対象物を、新たな加工対象物と交換する際は、液滴吐出ヘッド17は休止状態であり、描画吐出を実施している際の液滴吐出ヘッド17の温度が維持されない可能性がある。したがって、加工対象物の交換の間などのように、描画吐出の間に液滴吐出ヘッド17が休止している場合には、その間は、温度調整ユニット110を稼働させて、液滴吐出ヘッド17のヘッド温度調整を実施することが好ましい。
次に、温度調整ユニット110とは異なる温度調整ユニット310の構成、及び温度調整ユニット310を有するヘッドユニット374における液滴吐出ヘッド17のキャリッジプレート53への取付構造及び温度調整ユニット310の取付構造について、図22を参照して説明する。図22は、温度調整ユニットの構成、並びに液滴吐出ヘッド、及び温度調整ユニットのキャリッジプレートへの取付構造を示す図である。図22(a)は、温度調整ユニットの端子基板の平面図であり、図22(b)は、キャリッジプレートに取り付けられた液滴吐出ヘッド及び温度調整ユニットの側面図であり、図22(c)は、キャリッジプレートに取り付けられた液滴吐出ヘッド及び温度調整ユニットをノズルプレート側からみた平面図である。
温度調整素子311は、フレキシブルフラットケーブル(図示省略)によって、温度調整素子111と同様に、電気的に吐出装置制御部306(図20参照)と同様の吐出装置制御部に接続されており、吐出装置制御部によって温度が制御される。複数の温度調整素子311は、それぞれ独立して温度を制御される。
吐出装置制御部及び温度調整ユニット310が、温度調整手段に相当し、加熱手段又は冷却手段にも相当する。
ヘッドユニット374における温度調整ユニット310のキャリッジプレート53への取り付けは、図19を参照して説明したヘッドユニット354における温度調整ユニット110のキャリッジプレート53への取り付けと同様である。
次に、液滴吐出装置1又は液滴吐出装置301を用いて機能液を配置して機能膜を形成する対象物の一例として、電子機器について、図23を参照して説明する。本実施形態の電子機器は、第一の実施形態で説明した液晶表示パネル200のような液晶表示装置を備えた電子機器である。本実施形態の電子機器の具体例について説明する。
(1)ヘッドユニット354及びヘッドユニット374は、温度調整ユニット110又は温度調整ユニット310を備えている。このため、液滴吐出装置301は、温度調整ユニット110又は温度調整ユニット310を用いて液滴吐出ヘッド17の温度を描画中飽和温度に調整することができる。
なお、ここでの吐出ノズルの温度は、例えば液滴吐出ヘッド17では、圧力室158の外壁面の温度や、ノズルプレート76の吐出ノズル78の周囲の温度や、振動板152の圧力室158を構成する部分の温度などである。あるいは、圧力室158内の機能液の温度や、吐出ノズル78内の機能液の温度や、吐出ノズル78から吐出されつつある又は吐出された直後の機能液の温度などである。
適正な吐出量が得られる設計上の駆動電圧のa%の駆動電圧である駆動電圧aで暖機駆動をすると、ヘッド温度はHa℃に収束し、時点Sにおけるヘッド温度は、Ha℃となる。Ha℃のヘッド温度で描画吐出を開始すると、図18(c)にa0と表記した温度上昇曲線でヘッド温度が上昇して、略描画中飽和温度HM℃になって略安定する。曲線a0の、時点Sにおける傾きを傾きa1と表記する。
適正な吐出量が得られる設計上の駆動電圧のb%の駆動電圧である駆動電圧bで暖機駆動をすると、ヘッド温度はHb℃に収束し、時点Sにおけるヘッド温度は、Hb℃となる。Hb℃のヘッド温度で描画吐出を開始すると、図18(c)にb0と表記した温度下降曲線でヘッド温度が下降して、略描画中飽和温度HM℃になって略安定する。曲線b0の、時点Sにおける傾きを傾きb1と表記する。
例えば温度調整ユニット110を稼働させて液滴吐出ヘッド17のヘッド温度を、Ha℃に加熱又は冷却する。上述したように、Ha℃のヘッド温度で描画吐出を開始すると、図18(c)にa0と表記した温度上昇曲線でヘッド温度が上昇して、略描画中飽和温度HM℃になって略安定する。曲線a0の、時点Sにおける傾きを傾きa1と表記する。
同様に、温度調整ユニット110を稼働させて液滴吐出ヘッド17のヘッド温度を、Hb℃に加熱又は冷却する。上述したように、Hb℃のヘッド温度で描画吐出を開始すると、図18(c)にb0と表記した温度下降曲線でヘッド温度が下降して、略描画中飽和温度HM℃になって略安定する。曲線b0の、時点Sにおける傾きを傾きb1と表記する。
形成する膜を有する装置、又は形成過程において膜を形成する必要がある装置も、液晶表示装置に限らない。上述したような膜を有する装置、又は形成過程において上記したような膜を形成する必要がある装置であれば、どのような装置であってもよい。例えば、有機EL表示装置にも適用できる。有機EL表示装置を製造する際に上述した液滴吐出装置を用いて形成する機能膜は、有機EL表示装置の正極電極膜や陰極電極膜、フォトエッチングなどによってパターンを形成するための膜や、フォトエッチングなどのフォトレジスト膜などであってもよい。
吐出ヘッドとマザー基板との、主走査方向の相対移動を吐出ヘッドを主走査方向に移動させることで実施してもよい。吐出ヘッドとマザー基板との、副走査方向の相対移動をマザー基板を副走査方向に移動させることで実施してもよい。あるいは、吐出ヘッドとマザー基板との、主走査方向及び副走査方向の相対移動を、吐出ヘッド、又はマザー基板のどちらか一方を、主走査方向及び副走査方向に移動させることで実施してもよいし、吐出ヘッド、又はマザー基板の両方を、主走査方向及び副走査方向に移動させることで実施してもよい。
Claims (12)
- 液状体を吐出する吐出手段と前記液状体が吐出される被吐出物との相対移動を行い、前記被吐出物に所定のパターンを形成する液状体吐出装置であって、
前記吐出手段から吐出される前記液状体の吐出量を測定する吐出量測定手段と、
前記吐出手段又は前記液状体の温度を取得する温度取得手段と、
前記吐出手段又は前記液状体の温度を調整する温度調整手段と、
前記吐出手段の吐出量を調整する吐出量調整手段と、を備え、
前記温度取得手段は、2以上の異なる駆動条件において前記吐出手段の駆動を実施することによって、前記所定のパターン形成時の温度を推定し、
前記温度調整手段は、前記吐出手段を駆動させることによって、前記吐出量測定手段により吐出量を測定する際の前記吐出手段の温度又は前記液状体の温度を、推定した温度に調整することを特徴とする液状体吐出装置。 - 液状体を吐出する吐出手段と前記液状体が吐出される被吐出物との相対移動を行い、前記被吐出物に所定のパターンを形成する液状体吐出方法であって、
第一の駆動条件において駆動した後に前記所定のパターンを形成する工程と、前記第一の駆動条件とは異なる第二の駆動条件において駆動した後に前記所定のパターンを形成する工程と、を有し、
それぞれの工程における前記所定のパターンを形成する際の前記吐出手段又は前記液状体の温度変化によって、前記所定のパターン形成時の前記吐出手段の温度を推定し取得する温度取得工程と、
前記温度取得工程において取得した前記前記吐出手段の温度に、前記吐出手段の温度を調整する温度調整工程と、
前記温度調整工程において調整した前記吐出手段の温度において、前記吐出手段から吐出される前記液状体の吐出量を測定する吐出量測定工程と、
前記吐出手段の吐出量を調整する吐出量調整工程と、を有することを特徴とする液状体吐出方法。 - 液状体を吐出する吐出手段と前記液状体が吐出される被吐出物との相対移動を行い、前記被吐出物に所定のパターンを形成する液状体吐出方法であって、
第一の駆動条件において駆動した後に前記所定のパターンを形成する工程と、前記第一の駆動条件とは異なる第二の駆動条件において駆動した後に前記所定のパターンを形成する工程と、を有し、
それぞれの工程における前記所定のパターンを形成する際の前記吐出手段又は前記液状体の温度変化によって、前記所定のパターン形成時の前記液状体の温度を推定し取得する温度取得工程と、
前記温度取得工程において取得した前記液状体の温度に、前記液状体の温度を調整する温度調整工程と、
前記温度調整工程において調整した前記液状体の温度において、前記吐出手段から吐出される前記液状体の吐出量を測定する吐出量測定工程と、
前記吐出手段の吐出量を調整する吐出量調整工程と、を有することを特徴とする液状体吐出方法。 - 前記吐出手段は、それぞれのノズル群が1以上の吐出ノズルを有する複数のノズル群を備え、
前記温度取得工程では、それぞれの前記ノズル群ごとに、前記吐出手段又は前記液状体の前記所定のパターン形成時の温度を取得し、
前記温度調整工程では、それぞれの前記ノズル群ごとに、前記吐出手段又は前記液状体の温度を調整し、
前記吐出量測定工程では、それぞれの前記ノズル群ごとに、前記液状体の吐出量を測定し、
前記吐出量調整工程では、それぞれの前記ノズル群における吐出量を調整することを特徴とする、請求項2又は3に記載の液状体吐出方法。 - 前記ノズル群は、当該ノズル群に含まれるそれぞれの前記吐出ノズルに前記液状体を供給する経路が共通であることを特徴とする、請求項4に記載の液状体吐出方法。
- 前記ノズル群は、当該ノズル群に含まれるそれぞれの前記吐出ノズルが、1以上の前記吐出ノズルを有する吐出ヘッド1個が有する吐出ノズルであることを特徴とする、請求項4に記載の液状体吐出方法。
- 前記ノズル群は、当該ノズル群に含まれるそれぞれの前記吐出ノズルに供給される前記液状体が同じの前記液状体であることを特徴とする、請求項4に記載の液状体吐出方法。
- 前記温度調整工程において、前記吐出手段を駆動させることによって、前記吐出手段又は前記液状体の温度を、前記所定のパターン形成時の温度に調整することを特徴とする、請求項2乃至7のいずれか一項に記載の液状体吐出方法。
- 前記温度調整工程は、前記吐出手段又は前記液状体の温度を測定する温度測定工程を含み、前記温度測定工程における測定結果に応じて前記吐出手段を駆動させることによって、前記吐出手段又は前記液状体の温度を、前記所定のパターン形成時の温度に調整することを特徴とする、請求項8に記載の液状体吐出方法。
- 前記温度調整工程では、前記吐出手段又は前記液状体を加熱又は冷却することによって、前記吐出手段又は前記液状体の温度を、前記所定のパターン形成時の温度に調整することを特徴とする、請求項2乃至7のいずれか一項に記載の液状体吐出方法。
- 前記温度取得工程では、前記所定のパターン形成を開始する時点における前記吐出手段又は前記液状体の温度を2以上の異なる温度に調整し、それぞれの温度の場合における前記所定のパターン形成を実施する際の温度変化によって、前記所定のパターン形成時の温度を推定することを特徴とする、請求項10に記載の液状体吐出方法。
- 前記温度調整工程は、前記吐出手段又は前記液状体の温度を測定する温度測定工程をさらに有し、前記温度測定工程における測定結果に応じて前記吐出手段又は前記液状体を加熱又は冷却することによって、前記吐出手段又は前記液状体の温度を、前記所定のパターン形成時の温度に調整することを特徴とする、請求項10に記載の液状体吐出方法。
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