JP5078160B2 - Pattern forming method and pattern forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明はパターン形成方法及びパターン形成装置に係り、特にインクジェット記録ヘッドを用いて基板の表面に線状のパターンを形成するパターン形成方法及びパターン形成装置に関する。   The present invention relates to a pattern forming method and a pattern forming apparatus, and more particularly to a pattern forming method and a pattern forming apparatus for forming a linear pattern on the surface of a substrate using an ink jet recording head.

特許文献1には、機能性成分を含有した液体を基板上にインクジェットにより吐出して機能性膜パターンを形成する方法において、前記液体に対する接触角が30[deg]以上60[deg]以下である膜形成面を有する基板上に、前記基板上に付与されたときに直径の1%以上10%以下の重なりが生じるように前記液体を吐出して、導電膜配線を形成することが開示されている。   In Patent Document 1, in a method of forming a functional film pattern by ejecting a liquid containing a functional component onto a substrate by inkjet, a contact angle with respect to the liquid is 30 [deg] or more and 60 [deg] or less. It is disclosed that a conductive film wiring is formed by discharging the liquid on a substrate having a film formation surface so that an overlap of 1% to 10% of the diameter occurs when applied on the substrate. Yes.

特許文献2には、XY方向に対して45°傾斜した角度に配置された印字ヘッドを、X方向又はY方向に相対的に移動させながら印字するドットマトリックス印字方法が開示されている。   Patent Document 2 discloses a dot matrix printing method in which printing is performed while a print head arranged at an angle of 45 ° with respect to the XY direction is moved relative to the X or Y direction.

特許文献3には、複数の噴射口から噴射したコーティング液が、媒体の同一領域に互いに重なり合って着滴するオンディマンドコーディング装置が開示されている。
特開2003−80694号公報 特開平3−218837号公報 特開平11−123817号公報
Patent Document 3 discloses an on-demand coding device in which coating liquids ejected from a plurality of ejection ports are deposited on the same area of a medium so as to overlap each other.
JP 2003-80694 A JP-A-3-218837 Japanese Patent Laid-Open No. 11-123817

インクジェットで配線描画を実施する場合、配線の一部にコブ状の膨らみ(バルジ)ができたり、配線の輪郭が滑らかな線(直線)にならずにギザギザ(ジャギー)ができることがある。配線描画を行う場合には、上記のバルジ及びジャギーの発生を防止する必要がある。ジャギーの発生を防止する方法としては、例えば、基板上に着弾した液滴の中心間距離(ドットピッチ)を所定値よりも小さくする方法が考えられる。   When wiring drawing is performed by inkjet, a bump-like bulge (bulge) may be formed in a part of the wiring, or a jagged (jaggy) may be formed without forming a smooth outline (straight line) of the wiring. When wiring drawing is performed, it is necessary to prevent the occurrence of the bulge and jaggy described above. As a method for preventing the occurrence of jaggies, for example, a method of reducing the center-to-center distance (dot pitch) of droplets that have landed on the substrate is considered to be smaller than a predetermined value.

ところで、幅が細い配線を描画する場合、体積が小さい微液滴を吐出する必要がある。微液滴の吐出を行う場合、ノズル径を小さくするかメニスカス面の精密制御によって行う。しかしながら、ノズル径を小さくしたり、メニスカス面の精密制御を行うと、インクジェット記録ヘッドの吐出周波数(1秒当たりの液体吐出回数)が低下する。   By the way, when drawing a wiring having a narrow width, it is necessary to discharge a fine droplet having a small volume. When discharging fine droplets, the nozzle diameter is reduced or the meniscus surface is precisely controlled. However, when the nozzle diameter is reduced or the meniscus surface is precisely controlled, the ejection frequency (number of times of liquid ejection per second) of the ink jet recording head decreases.

特許文献1から3は、吐出周波数を上げることと、ドットピッチの短縮とを同時に実現するものではなかった。   Patent Documents 1 to 3 do not simultaneously increase the discharge frequency and shorten the dot pitch.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、吐出周波数を上げることと、ドットピッチの短縮とを同時に実現することができるパターン形成方法及びパターン形成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a pattern forming method and a pattern forming apparatus capable of simultaneously increasing the ejection frequency and shortening the dot pitch.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様に係るパターン形成方法は、機能性成分を含有する液滴を、該液滴が染み込まない基板の表面に対して吐出する複数のノズルを有するインクジェット記録ヘッドから、前記基板表面に前記液滴を一方向に順に吐出して線状のパターンを形成するパターン形成方法であって、前記複数のノズルは、間隔lで一列に配置されており、前記線状のパターンと前記ノズルの列のなす角をφ、前記線状のパターンに平行な方向の前記インクジェット記録ヘッドと前記基板との相対速度をu、前記基板表面において隣接する液滴の打滴の時間間隔をt、前記基板の表面に着弾する前の前記液滴の形状を真球としたときの該液滴の直径をd、前記基板に対する前記液滴の接触角をθとした場合に、 In order to solve the above-described problem, a pattern forming method according to a first aspect of the present invention includes a plurality of nozzles that discharge droplets containing a functional component to the surface of a substrate that does not penetrate the droplets. A pattern forming method for forming a linear pattern by sequentially discharging the droplets in one direction on a surface of the substrate from an inkjet recording head having the plurality of nozzles arranged in a line at intervals l The angle formed by the linear pattern and the nozzle row is φ, the relative velocity between the inkjet recording head and the substrate in the direction parallel to the linear pattern is u, and the liquid adjacent to the surface of the substrate The time interval between droplets is t, the diameter of the droplet before landing on the surface of the substrate is d, the diameter of the droplet is d, and the contact angle of the droplet with respect to the substrate is θ. If

Figure 0005078160
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の条件を満たすように前記インクジェット記録ヘッドを制御するものである。   The inkjet recording head is controlled so as to satisfy the above condition.

上記第1の態様によれば、ノズルピッチl[μm]で配列された複数のノズルを使用して線状のパターンLを形成するときに、上記の式[数1]の条件を満たすように、角度φ[°]、相対速度u[mm/s]、打滴の時間間隔t[ms]、液滴の直径d[μm]及び接触角θ[rad]のうち少なくとも1つを制御することによりバルジの発生を防止することができる。 According to the first aspect, when the linear pattern L is formed using a plurality of nozzles arranged at the nozzle pitch l [μm], the condition of the above formula [Equation 1] is satisfied. , Angle φ [°], relative velocity u [mm / s], droplet ejection time interval t [ms], droplet diameter d [μm] and contact angle θ [ rad ] are controlled. Therefore, the occurrence of bulge can be prevented.

本発明の第2の態様に係るパターン形成方法は、上記第1の態様において、p=lcosφ−utとした場合に、前記液滴に含まれる揮発性溶媒の体積の割合を   In the pattern forming method according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, when p = lcosφ-ut, the volume ratio of the volatile solvent contained in the droplets is

Figure 0005078160
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以上としたものである。   That's it.

上記第2の態様によれば、液体中の揮発性溶媒の体積の割合を上記の式[数2]で表される値以上とすることにより、バルジの発生を効果的に防止することができる。   According to the said 2nd aspect, generation | occurrence | production of a bulge can be effectively prevented by making the ratio of the volume of the volatile solvent in a liquid more than the value represented by said Formula [Equation 2]. .

本発明の第3の態様に係るパターン形成方法は、上記第1又は第2の態様において、前記線状のパターンに垂直な方向の前記インクジェット記録ヘッドと前記基板との相対速度をvとした場合に、   In the pattern forming method according to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the relative velocity between the ink jet recording head and the substrate in a direction perpendicular to the linear pattern is v. In addition,

Figure 0005078160
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の条件を満たすように前記インクジェット記録ヘッドを制御するようにしたものである。   The ink jet recording head is controlled so as to satisfy the above condition.

上記第3の態様によれば、上記の式[数3]を満たすようにノズルラインと線状のパターンとがなす角φ[°]と、線状のパターンに垂直な方向の相対速度v[mm/s]を調整して吐出周波数を所定値以上にする(打滴の時間間隔を1ミリ秒以下とする)ことにより、バルジの発生を抑えることができる。   According to the third aspect, the angle φ [°] formed by the nozzle line and the linear pattern so as to satisfy the above formula [Equation 3], and the relative velocity v [perpendicular to the linear pattern v [ [mm / s] is adjusted so that the ejection frequency is equal to or higher than a predetermined value (the time interval of droplet ejection is 1 millisecond or less), and the occurrence of bulges can be suppressed.

本発明の第4の態様に係るパターン形成方法は、上記第1から第3の態様において、前記ノズルから前記基板表面に前記液滴を吐出する前に、前記基板以外の所定の領域に前記液滴を予備吐出し、前記予備吐出後1秒以内に前記線状のパターンの形成を開始するようにしたものである。 The pattern forming method according to a fourth aspect of the present invention is the pattern forming method according to any one of the first to third aspects, wherein the liquid droplets are ejected from the nozzle to a predetermined region other than the substrate before discharging the droplet onto the surface of the substrate. The droplets are preliminarily ejected, and the formation of the linear pattern is started within 1 second after the preliminary ejection.

上記第4の態様によれば、上記の工程に加えて、予備吐出を行うことにより、ジャギー及びバルジの発生をより効果的に防止することができる。   According to the said 4th aspect, generation | occurrence | production of jaggy and a bulge can be more effectively prevented by performing preliminary discharge in addition to said process.

本発明の第5の態様に係るパターン形成装置は、機能性成分を含有する液滴を、該液滴が染み込まない基板の表面に対して吐出するノズルが間隔lで一列に複数個配置されたインクジェット記録ヘッドと、前記基板から前記基板表面に前記液滴を一方向に順に吐出して線状のパターンを形成するときに、前記線状のパターンと前記ノズルの列のなす角をφ、前記線状のパターンに平行な方向の前記インクジェット記録ヘッドと前記基板との相対速度をu、前記基板表面において隣接する液滴の打滴の時間間隔をt、前記基板の表面に着弾する前の前記液滴の形状を真球としたときの該液滴の直径をd、前記基板に対する前記液滴の接触角をθとした場合に、 In the pattern forming apparatus according to the fifth aspect of the present invention, a plurality of nozzles that discharge droplets containing a functional component to the surface of a substrate that is not soaked with the droplets are arranged in a line at an interval l. When forming a linear pattern by sequentially ejecting the droplets in one direction from the substrate to the surface of the substrate with an inkjet recording head, an angle formed by the linear pattern and the row of the nozzles is φ, before landing the relative speed between the substrate and parallel to the direction of the ink jet recording head in the linear pattern u, the time interval of jetting of droplets adjacent the surface of the substrate t, the surface of the substrate When the diameter of the droplet is a true sphere, the diameter of the droplet is d, and the contact angle of the droplet with respect to the substrate is θ,

Figure 0005078160
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の条件を満たすように前記インクジェット記録ヘッドを制御する制御手段とを備える。   Control means for controlling the ink jet recording head so as to satisfy the above condition.

本発明の第6の態様に係るパターン形成装置は、上記第5の態様において、p=lcosφ−utとした場合に、前記液滴に含まれる揮発性溶媒の体積の割合が   In the pattern forming apparatus according to the sixth aspect of the present invention, when p = lcosφ-ut in the fifth aspect, the volume ratio of the volatile solvent contained in the droplets is

Figure 0005078160
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以上としたものである。   That's it.

本発明の第7の態様に係るパターン形成装置は、上記第5又は第6の態様において、前記制御手段が、前記線状のパターンに垂直な方向の前記インクジェット記録ヘッドと前記基板との相対速度をvとした場合に、   The pattern forming apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the pattern forming apparatus according to the fifth or sixth aspect, wherein the control means has a relative speed between the inkjet recording head and the substrate in a direction perpendicular to the linear pattern. Where v is

Figure 0005078160
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の条件を満たすように前記インクジェット記録ヘッドを制御するようにしたものである。   The ink jet recording head is controlled so as to satisfy the above condition.

本発明の第8の態様に係るパターン形成装置は、上記第5から第7の態様において、前記基板を支持する支持プレートと、前記支持プレート上又は前記支持プレートとは異なる面に配置され、前記支持プレートの前記基板の載置される面の周囲に配置された予備吐出領域とを更に備え、前記制御手段が、前記ノズルから前記基板表面に前記液滴を吐出する前に、前記基板以外の前記予備吐出領域に前記液滴を予備吐出させ、前記予備吐出後1秒以内に前記線状のパターンの形成を開始するようにしたものである。 A pattern forming apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the support plate for supporting the substrate according to the fifth to seventh aspects, and is disposed on the support plate or on a different surface from the support plate, A preliminary discharge area disposed around a surface of the support plate on which the substrate is placed, and the control means discharges the liquid droplets from the nozzle onto the surface of the substrate. The droplets are preliminarily ejected in the preliminary ejection region, and the formation of the linear pattern is started within 1 second after the preliminary ejection.

本発明によれば、ノズルピッチl[μm]で配列された複数のノズルを使用して線状のパターンLを形成するときに、上記の式[数1]の条件を満たすように、角度φ[°]、相対速度u[mm/s]、打滴の時間間隔t[ms]、液滴の直径d[μm]及び接触角θ[rad]のうち少なくとも1つを制御することによりバルジ及びジャギーの発生を防止することができる。また、上記の式[数3]を満たすようにノズルラインと線状のパターンとがなす角φ[°]と、線状のパターンに垂直な方向の相対速度v[mm/s]を調整して吐出周波数を所定値以上にする(打滴の時間間隔を1ミリ秒以下とする)ことにより、バルジの発生を抑えることができる。更に、本実施形態によれば、液体中の揮発性溶媒の体積の割合を上記の式[数2]で表される値以上とすることにより、バルジの発生をより効果的に防止することができる。 According to the present invention, when the linear pattern L is formed using a plurality of nozzles arranged at a nozzle pitch l [μm], the angle φ is set so as to satisfy the condition of the above equation [Equation 1]. By controlling at least one of [°], relative velocity u [mm / s], droplet ejection time interval t [ms], droplet diameter d [μm] and contact angle θ [ rad ], The occurrence of jaggy can be prevented. Further, the angle φ [°] formed by the nozzle line and the linear pattern and the relative velocity v [mm / s] in the direction perpendicular to the linear pattern are adjusted so as to satisfy the above formula [Equation 3]. By setting the ejection frequency to a predetermined value or more (the time interval between droplet ejections is set to 1 millisecond or less), the occurrence of bulges can be suppressed. Furthermore, according to the present embodiment, it is possible to more effectively prevent the occurrence of bulges by setting the volume ratio of the volatile solvent in the liquid to be equal to or greater than the value represented by the above formula [Equation 2]. it can.

以下、添付図面に従って本発明に係るパターン形成方法及びパターン形成装置の好ましい実施の形態について説明する。   Preferred embodiments of a pattern forming method and a pattern forming apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

バルジ及びジャギーの発生を防止するための方法としては、下記〈1〉から〈3〉のような方法が考えられる。   As methods for preventing the occurrence of bulge and jaggy, the following methods <1> to <3> are conceivable.

〈1〉単位時間あたりの液体を吐出回数を多くして、基板(液体が浸透しない基板)上の液体が1つの大きな固まりとして平衡状態(液体がぬれ広がって液体の輪郭が安定した状態)になるようにすることで、周期的な小さいバルジの発生を抑える方法。   <1> Increasing the number of discharges of liquid per unit time, the liquid on the substrate (substrate through which liquid does not permeate) becomes one large mass and is in an equilibrium state (the liquid is wet and spreads and the contour of the liquid is stable). A method to suppress the generation of periodic small bulges.

〈2〉ドットピッチをある値以下とすることでジャギーの発生を防止する方法。   <2> A method of preventing the occurrence of jaggy by setting the dot pitch to a certain value or less.

〈3〉配線の長さ方向に対してランダムに(非周期的に)発生する大きなバルジは秒単位のタイムスケールで発生するため、液体の着弾後所定の時間(数秒)が経過する前に液体を固化させるか、又は揮発性のある溶媒を用いてこの溶媒を揮発させて、液体がぬれ広がらないようにしまうことでランダムなバルジの発生を抑える方法。   <3> Since a large bulge that occurs randomly (non-periodically) in the length direction of the wiring occurs on a time scale in seconds, the liquid is discharged before a predetermined time (several seconds) elapses after the liquid has landed. A method of suppressing the generation of random bulges by solidifying the liquid or volatilizing the solvent using a volatile solvent so that the liquid does not wet and spread.

しかしながら、既述のように、幅が細い配線を描画する場合、微液滴の吐出を行うために、インクジェット記録ヘッドの吐出周波数(1秒当たりの液体吐出回数)が低下する。   However, as described above, when a wiring having a narrow width is drawn, the discharge frequency (number of times of liquid discharge per second) of the ink jet recording head is lowered because fine droplets are discharged.

本実施形態では、吐出周波数を高くすることと、ドットピッチを短くすることを同時に実現するために、複数のノズルを備えたインクジェット記録ヘッドを走査方向(印字方向)に対して傾斜させた姿勢で走査しながら液体を吐出することにより、吐出周波数を上げ、かつ、擬似的に走査方向に垂直な方向のノズルピッチを短くする。   In this embodiment, in order to simultaneously increase the ejection frequency and shorten the dot pitch, the inkjet recording head having a plurality of nozzles is inclined with respect to the scanning direction (printing direction). By ejecting the liquid while scanning, the ejection frequency is increased and the nozzle pitch in the direction perpendicular to the scanning direction is shortened in a pseudo manner.

[パターン形成装置の構成]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るパターン形成装置を示す斜視図である。
[Configuration of pattern forming apparatus]
FIG. 1 is a perspective view showing a pattern forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態に係るパターン形成装置(インクジェット記録装置)10は、インクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッドという。)12と、支持プレート14とを含んでいる。   As shown in FIG. 1, a pattern forming apparatus (inkjet recording apparatus) 10 according to the present embodiment includes an inkjet recording head (hereinafter referred to as a recording head) 12 and a support plate 14.

記録ヘッド12は、複数個のノズル22が直線状に一列に並べられたライン型の記録ヘッドである。   The recording head 12 is a line type recording head in which a plurality of nozzles 22 are arranged in a straight line.

支持プレート14には、記録ヘッド12によって液体を吐出する対象である基板16が載置される。支持プレート14は、記録ヘッド12との間のクリアランスが一定になるように支持されており、主走査方向(図1のx方向)に走査可能になっている。   On the support plate 14, a substrate 16 that is a target for discharging liquid by the recording head 12 is placed. The support plate 14 is supported so that the clearance with the recording head 12 is constant, and can be scanned in the main scanning direction (x direction in FIG. 1).

支持プレート14をx方向に走査しながら、記録ヘッド12から液滴を吐出することにより、基板16の描画領域の全面に液体を吐出することが可能になっている。   By discharging droplets from the recording head 12 while scanning the support plate 14 in the x direction, it is possible to discharge liquid over the entire drawing region of the substrate 16.

図2は、記録ヘッド12のノズルが形成された面を示す平面図である。   FIG. 2 is a plan view showing a surface on which the nozzles of the recording head 12 are formed.

図2に示すように、記録ヘッド12は、ノズル22と圧力室24とを含む吐出素子20(図3参照)が直線状に略等間隔に並べられた構造を有する。   As shown in FIG. 2, the recording head 12 has a structure in which ejection elements 20 (see FIG. 3) including nozzles 22 and pressure chambers 24 are linearly arranged at substantially equal intervals.

記録ヘッド12のノズル径は、一例でφ35μm、基板16上において隣接する液滴の中心間の距離(ノズルピッチ)は、一例で254μm間隔(100npi)である。記録ヘッド12は、打滴周期が1kHz、ヘッド走査速度が0.1m/sで連続打滴が可能である。   The nozzle diameter of the recording head 12 is φ35 μm, for example, and the distance (nozzle pitch) between the centers of adjacent droplets on the substrate 16 is 254 μm (100 npi), for example. The recording head 12 can continuously eject droplets at a droplet ejection period of 1 kHz and a head scanning speed of 0.1 m / s.

図3は、吐出素子20を示す断面図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the ejection element 20.

ノズル22に対応して設けられている圧力室24は、その平面形状が略正方形となっている。圧力室24の対角線上の両隅部の一方にノズル22への流出口が設けられ、他方に圧力室24への液体の供給口26が設けられている。なお、圧力室24の平面形状は、上記の正方形のほか、例えば、四角形(菱形、長方形)、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。   The pressure chamber 24 provided corresponding to the nozzle 22 has a substantially square planar shape. An outlet to the nozzle 22 is provided at one of the diagonal corners of the pressure chamber 24, and a liquid supply port 26 to the pressure chamber 24 is provided at the other. The planar shape of the pressure chamber 24 may have various forms other than the above-described square, such as a quadrangle (diamond, rectangle), a pentagon, a hexagon, other polygons, a circle, and an ellipse.

図3に示すように、吐出素子20の圧力室24は、供給口26を介して共通流路28と連通している。共通流路28は液体の供給源たるタンク(不図示)と連通しており、タンクから供給される液体は共通流路28を介して各圧力室24に分配供給される。   As shown in FIG. 3, the pressure chamber 24 of the ejection element 20 communicates with the common flow path 28 via the supply port 26. The common flow path 28 communicates with a tank (not shown) as a liquid supply source, and the liquid supplied from the tank is distributed and supplied to each pressure chamber 24 via the common flow path 28.

圧力室24の一部の面(図3における天面)を構成している加圧板(共通電極と兼用される振動板)30には個別電極32を備えた圧電素子34が接合されている。なお、圧電素子34の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)又はチタン酸バリウムのような圧電体を用いることができる。   A piezoelectric element 34 having individual electrodes 32 is joined to a pressure plate (vibrating plate that also serves as a common electrode) 30 constituting a part of the pressure chamber 24 (the top surface in FIG. 3). In addition, as a material of the piezoelectric element 34, for example, a piezoelectric body such as lead zirconate titanate (PZT) or barium titanate can be used.

個別電極32と共通電極間に駆動信号が印加されると、圧電素子34が変形して圧力室24の容積が変化する。すると、圧力室24内の圧力が変化することにより、ノズル22から液滴が吐出される。そして、液体が吐出された後、圧電素子34の変位が元に戻ると、共通流路28から供給口26を通って新しい液体が圧力室24に再充填される。   When a drive signal is applied between the individual electrode 32 and the common electrode, the piezoelectric element 34 is deformed and the volume of the pressure chamber 24 changes. As a result, the pressure in the pressure chamber 24 changes, whereby droplets are ejected from the nozzle 22. Then, when the displacement of the piezoelectric element 34 is restored after the liquid is discharged, the pressure chamber 24 is refilled with the new liquid from the common flow path 28 through the supply port 26.

なお、本実施形態では、圧電素子34の変形によってインクを加圧する方式が採用されているが、上記以外の方式のアクチュエータ(例えば、サーマル方式)を適用してもよい。   In the present embodiment, a method of pressurizing ink by deformation of the piezoelectric element 34 is employed, but an actuator of a method other than the above (for example, a thermal method) may be applied.

図4は、パターン形成装置10の制御系を示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram showing a control system of the pattern forming apparatus 10.

パターン形成装置10は、通信インターフェース40、システムコントローラ42、メモリ46、モータドライバ48、ヒータドライバ52、打滴制御部56、バッファメモリ58、ヘッドドライバ60を備えている。   The pattern forming apparatus 10 includes a communication interface 40, a system controller 42, a memory 46, a motor driver 48, a heater driver 52, a droplet ejection control unit 56, a buffer memory 58, and a head driver 60.

通信インターフェース40は、ホストコンピュータ80から送られてくる打滴データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース40としては、USB(Universal Serial Bus)、IEEE1394、イーサネット(登録商標)、無線ネットワークなどのシリアルインターフェース、又はセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。なお、この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリを搭載してもよい。   The communication interface 40 is an interface unit that receives droplet ejection data sent from the host computer 80. As the communication interface 40, a serial interface such as USB (Universal Serial Bus), IEEE 1394, Ethernet (registered trademark), a wireless network, or a parallel interface such as Centronics can be applied. Note that a buffer memory for speeding up communication may be mounted in this portion.

システムコントローラ42は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路を含んでおり、パターン形成装置10の各部を制御する制御部である。システムコントローラ42は、ホストコンピュータ80との間の通信制御、メモリ46の読み書き制御等をするとともに、搬送駆動系のモータ50及びヒータ54を制御する制御信号を生成する。   The system controller 42 includes a central processing unit (CPU) and its peripheral circuits, and is a control unit that controls each part of the pattern forming apparatus 10. The system controller 42 performs communication control with the host computer 80, read / write control of the memory 46, and the like, and generates control signals for controlling the motor 50 and the heater 54 of the transport drive system.

プログラム格納部44には、パターン形成装置10の制御プログラムが格納される。システムコントローラ42はプログラム格納部44に格納されている種々の制御プログラムを適宜読み出し、制御プログラムを実行する。   The program storage unit 44 stores a control program for the pattern forming apparatus 10. The system controller 42 appropriately reads out various control programs stored in the program storage unit 44 and executes the control programs.

メモリ46は、データの一時記憶領域、及びシステムコントローラ42が各種の演算を行うときの作業領域として使用される記憶手段である。メモリ46としては、半導体素子からなるメモリのほか、ハードディスクなどの磁気媒体を用いることができる。   The memory 46 is storage means used as a temporary storage area for data and a work area when the system controller 42 performs various calculations. As the memory 46, a magnetic medium such as a hard disk can be used in addition to a memory made of a semiconductor element.

モータ50は、図1の記録ヘッド12及び支持プレート14の少なくとも一方駆動して、記録ヘッド12と支持プレート14とを相対的に走査するための駆動機構を駆動するモータである。モータドライバ48は、システムコントローラ42からの制御信号に従ってモータ50を駆動する。   The motor 50 is a motor that drives at least one of the recording head 12 and the support plate 14 in FIG. 1 to drive a drive mechanism for relatively scanning the recording head 12 and the support plate 14. The motor driver 48 drives the motor 50 in accordance with a control signal from the system controller 42.

ヒータドライバ52は、システムコントローラ42からの制御信号に従ってヒータ54を駆動する。なお、ヒータ54には、パターン形成装置10の各部に設けられた温度調節用のヒータが含まれる。   The heater driver 52 drives the heater 54 in accordance with a control signal from the system controller 42. The heater 54 includes a temperature adjusting heater provided in each part of the pattern forming apparatus 10.

ホストコンピュータ80から送出された打滴データは、通信インターフェース40を介してパターン形成装置10に取り込まれ、メモリ46に一時記憶される。   The droplet ejection data sent from the host computer 80 is taken into the pattern forming apparatus 10 via the communication interface 40 and temporarily stored in the memory 46.

打滴制御部56は、システムコントローラ42の制御に従い、メモリ46内の打滴データから吐出制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した吐出制御信号(吐出データ)をヘッドドライバ60に供給する制御部である。打滴制御部56において所要の信号処理が施され、該打滴データに基づいてヘッドドライバ60を介して記録ヘッド12の液体の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。   The droplet ejection control unit 56 has a signal processing function for performing various processing and correction processing for generating a discharge control signal from the droplet ejection data in the memory 46 according to the control of the system controller 42. A control unit that supplies a discharge control signal (discharge data) to the head driver 60. The droplet ejection control unit 56 performs necessary signal processing, and controls the liquid ejection amount and ejection timing of the recording head 12 via the head driver 60 based on the droplet ejection data.

ヘッドドライバ60は、打滴制御部56から与えられる吐出データに基づいて記録ヘッド12の圧電素子34を駆動する。なお、ヘッドドライバ60は、ヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を備えていてもよい。   The head driver 60 drives the piezoelectric element 34 of the recording head 12 based on the ejection data given from the droplet ejection control unit 56. The head driver 60 may include a feedback control system for keeping the head driving conditions constant.

打滴制御部56には、バッファメモリ58が備えられており、打滴制御部56における打滴データ処理時に打滴データやパラメータなどのデータがバッファメモリ58に一時的に格納される。   The droplet ejection control unit 56 includes a buffer memory 58, and droplet ejection data, parameters, and other data are temporarily stored in the buffer memory 58 when droplet ejection data is processed by the droplet ejection control unit 56.

なお、バッファメモリ58は、メモリ46と兼用することも可能である。また、打滴制御部56とシステムコントローラ42とを統合して1つのプロセッサで構成する態様も可能である。   The buffer memory 58 can also be used as the memory 46. Further, a mode in which the droplet ejection control unit 56 and the system controller 42 are integrated and configured by one processor is also possible.

また、図示は省略するが、パターン形成装置10は、記録ヘッド12に液体を供給するための供給系や、記録ヘッド12のメンテナンスを行うメンテナンス部を備えている。   Although not shown, the pattern forming apparatus 10 includes a supply system for supplying liquid to the recording head 12 and a maintenance unit that performs maintenance of the recording head 12.

[液体の吐出条件]
図5は、記録ヘッド12と基板16とをx方向に相対的に走査してパターンLを描画するときの走査制御の手順を模式的に示す図である。以下の説明では、記録ヘッド12と基板16とが相対的に走査される方向(主走査方向)をx方向、基板16に平行で、x方向に垂直な方向(副走査方向)をy方向、xy平面に垂直な方向をz方向、直線状のパターンLが形成される方向(パターン形成方向、印字方向)をU方向、基板16に平行で、U方向に垂直な方向をV方向とする。
[Liquid discharge conditions]
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a scanning control procedure when the pattern L is drawn by relatively scanning the recording head 12 and the substrate 16 in the x direction. In the following description, the direction in which the recording head 12 and the substrate 16 are relatively scanned (main scanning direction) is the x direction, the direction parallel to the substrate 16 and perpendicular to the x direction (sub-scanning direction) is the y direction, The direction perpendicular to the xy plane is the z direction, the direction in which the linear pattern L is formed (pattern formation direction, printing direction) is the U direction, the direction parallel to the substrate 16 and perpendicular to the U direction is the V direction.

図5に示すように、1つの線状のパターンLを形成する時に少なくとも2つ以上のノズル22が用いられている。   As shown in FIG. 5, at least two or more nozzles 22 are used when one linear pattern L is formed.

図5に示すように、記録ヘッド12は、ノズル22の中心を結ぶ直線(ノズルラインNL)が印字方向(U方向)に対してなす角がφ[°](0°<φ<90°)となるように保持される。ノズルラインNLとU軸のなす角がφ[°]の状態を保ったまま、記録ヘッド12と基板16とが主走査方向(x方向)に相対的に走査されて、U方向に延びる線状の(例えば、直線の)パターンLが描画される。   As shown in FIG. 5, in the recording head 12, the angle formed by the straight line (nozzle line NL) connecting the centers of the nozzles 22 with respect to the printing direction (U direction) is φ [°] (0 ° <φ <90 °). To be held. The recording head 12 and the substrate 16 are relatively scanned in the main scanning direction (x direction) while the angle between the nozzle line NL and the U axis is maintained at φ [°], and the linear shape extends in the U direction. (For example, a straight line) pattern L is drawn.

[液体の吐出条件1(ドットピッチp)]
ここで、基板16上に打滴される液滴Dの間隔(ドットピッチp)が大きいとジャギーが発生しやすくなる。以下、ジャギーの発生を防止するための、ドットピッチpの条件について説明する。
[Liquid ejection condition 1 (dot pitch p)]
Here, if the interval (dot pitch p) between the droplets D ejected onto the substrate 16 is large, jaggies are likely to occur. Hereinafter, the condition of the dot pitch p for preventing the occurrence of jaggy will be described.

図6は、基板16の表面に打滴された液滴の経時変化を模式的に示す図(断面図及び平面図)である。   FIG. 6 is a diagram (cross-sectional view and plan view) schematically showing the change over time of the droplets deposited on the surface of the substrate 16.

図6(a)に示すように、記録ヘッド12から吐出されて基板16の表面に着弾した液滴D1eqmは、着弾当初はそれぞれ略円形であり、隣接する液滴と接触する。そして、図6(b)に示すように、各液滴Dがぬれ広がってパターンLが形成される。ここで、液体(インク)としては、機能性成分(例えば、銀ナノ粒子)を揮発性溶媒(例えば、水又はテトラデカン)に混合することにより生成されたものを用いることができる。 As shown in FIG. 6A , the droplets D1 eqm ejected from the recording head 12 and landed on the surface of the substrate 16 are substantially circular at the beginning of landing and are in contact with adjacent droplets. Then, as shown in FIG. 6B, each droplet D wets and spreads to form a pattern L. Here, as a liquid (ink), what was produced | generated by mixing a functional component (for example, silver nanoparticle) with a volatile solvent (for example, water or tetradecane) can be used.

ここで、基板16は、液滴Dが染み込まない(浸透しない)媒体であり、基板16に着弾する前後で液滴の体積は保存されるとする。また、液滴Dの基板16に対する接触角θ[rad]が一定であるとする。 Here, it is assumed that the substrate 16 is a medium in which the droplet D does not permeate (does not penetrate), and the volume of the droplet is preserved before and after landing on the substrate 16. In addition, it is assumed that the contact angle θ [ rad ] of the droplet D with respect to the substrate 16 is constant.

このとき、基板16に着弾したときの液滴D1eqmの直径deqm[μm]と着弾前の液滴Dの直径d[μm]との比(拡がり率)βeqmは下記の式(1)により表される。ここで、直径dは、着弾前の液滴Dを真球換算したときの直径である。 At this time, the ratio (spreading ratio) β eqm of the diameter d eqm [μm] of the droplet D1 eqm when landing on the substrate 16 to the diameter d [μm] of the droplet D before landing is expressed by the following equation (1). It is represented by Here, the diameter d is a diameter when the droplet D before landing is converted into a true sphere.

Figure 0005078160
Figure 0005078160

パターンLの幅をw[μm]とすると、図6(b)における液体D2eqmを、液体D2eqmの中心を通りzy平面に平行なで切ったときの断面積S1[μm]は下記の式(2)により表される。 When the width of the pattern L is w [μm], the cross-sectional area S1 [μm 2 ] when the liquid D2 eqm in FIG. 6B is cut through the center of the liquid D2 eqm and parallel to the zy plane is It is expressed by equation (2).

Figure 0005078160
Figure 0005078160

従って、基板16上において隣接する液滴の中心間の距離(ノズルピッチ)をp[μm]とすると、液体D2eqmの体積Va[μm]は下記の式(3)により表される。 Accordingly, when the distance (nozzle pitch) between the centers of adjacent droplets on the substrate 16 is p [μm], the volume Va [μm 3 ] of the liquid D2 eqm is expressed by the following equation (3).

Figure 0005078160
Figure 0005078160

一方、着弾前の液滴の直径がdであることから、着弾前の液滴Dの体積Vb[μm]は下記の式(4)により表される。 On the other hand, since the diameter of the droplet before landing is d, the volume Vb [μm 3 ] of the droplet D before landing is expressed by the following equation (4).

Figure 0005078160
Figure 0005078160

上記仮定1により着弾の前後で液滴Dの体積は不変である。Va=Vbを線幅wについて解くと、下記の式(5)が得られる。   According to assumption 1, the volume of the droplet D is unchanged before and after landing. When Va = Vb is solved for the line width w, the following equation (5) is obtained.

Figure 0005078160
Figure 0005078160

ここで、w≧deqm=βeqmdであることから、ドットピッチpを変数として式(5)を解くと、ドットピッチpの条件式(6)が得られる。 Here, since w ≧ d eqm = β eqm d, when the equation (5) is solved with the dot pitch p as a variable, the conditional equation (6) of the dot pitch p is obtained.

Figure 0005078160
Figure 0005078160

ここで、記録ヘッド12のノズルの中心間の距離(ノズルピッチ)をl[μm]とすると、p=l×cosφである。これを上記の式(6)に代入すると、下記の式(7)が得られる。   Here, if the distance (nozzle pitch) between the nozzle centers of the recording head 12 is 1 [μm], then p = 1 × cosφ. Substituting this into the above equation (6) yields the following equation (7).

Figure 0005078160
Figure 0005078160

上記の式(7)は、記録ヘッド12と基板16との印字方向(図5のU方向)の相対速度をゼロとした場合の条件式である。   The above equation (7) is a conditional equation when the relative speed in the printing direction (the U direction in FIG. 5) between the recording head 12 and the substrate 16 is zero.

記録ヘッド12と基板16との間の印字方向(U方向)の相対速度をu[mm/s](記録ヘッド12が基板16に対して印字方向(+U方向)に動く場合にu>0とする。)、基板16上で隣接するドット間の打滴の時間間隔をt[ms]とすると、隣接ドット間のドットピッチがut[μm]分だけ短くなることから、下記の式(8)が得られる。   The relative velocity in the printing direction (U direction) between the recording head 12 and the substrate 16 is u [mm / s] (when the recording head 12 moves in the printing direction (+ U direction) with respect to the substrate 16, u> 0. If the time interval of droplet ejection between adjacent dots on the substrate 16 is t [ms], the dot pitch between adjacent dots is shortened by ut [μm]. Is obtained.

Figure 0005078160
Figure 0005078160

上記の式(8)の条件を満たすように、角度φ[°]、相対速度u[mm/s]、打滴の時間間隔t[ms]、液滴の直径d[μm]及び接触角θ[rad]のうち少なくとも1つを制御することにより、パターンLの輪郭のギザギザ(ジャギー)が発生するのを防止することができる。 The angle φ [°], the relative velocity u [mm / s], the droplet ejection time interval t [ms], the droplet diameter d [μm], and the contact angle θ so as to satisfy the condition of the above equation (8). By controlling at least one of [ rad ], it is possible to prevent the contour of the pattern L from being jagged (jaggy).

[液体の吐出条件2(打滴の時間間隔)]
次に、バルジの発生を防止するための、打滴の時間間隔の条件について説明する。
[Liquid ejection condition 2 (time interval of droplet ejection)]
Next, the condition of the time interval of droplet ejection for preventing the occurrence of bulge will be described.

表1は、液滴の直径d=26.0[μm]、deqm=55.5[μm]、接触角θ=30[°]として(即ち、上記の式(6)の条件式を満たす条件下で)、1秒間に液滴Dを打滴する回数(印字周波数)とドットピッチとを変えて線を描画したときの線幅wの安定性を示している。 Table 1 shows that the droplet diameter d = 26.0 [μm], d eqm = 55.5 [μm], and the contact angle θ = 30 [°] (that is, the above-described conditional expression (6) is satisfied) This shows the stability of the line width w when a line is drawn by changing the number of times droplets D are printed per second (printing frequency) and the dot pitch (under conditions).

Figure 0005078160
Figure 0005078160

表1では、描画された線の線幅wが安定している場合(例えば、線幅wの変動量(例えば、単位長さ当たりの線幅の最大値と最小値の差)が所定値未満の場合)が「〇」、線幅wの変動量が所定値以上であるものの「×」の場合よりも変動量が大きくない場合が「△」、「△」の場合の変動量の最大値よりも線幅wの変動量が大きい場合が「×」で表されている。表1の実験結果によれば、印字周波数を1000Hz以上にした場合に、線幅wが安定し、バルジ及びジャギーが発生しないという結果が得られた。   In Table 1, when the line width w of the drawn line is stable (for example, the fluctuation amount of the line width w (for example, the difference between the maximum value and the minimum value of the line width per unit length) is less than a predetermined value. ) Is “◯” and the fluctuation amount of the line width w is equal to or greater than the predetermined value, but the fluctuation amount is not larger than the case of “×”, “△”, the maximum fluctuation amount when “△” A case where the fluctuation amount of the line width w is larger than that is represented by “x”. According to the experimental results shown in Table 1, when the printing frequency was set to 1000 Hz or more, the line width w was stabilized and bulges and jaggies were not generated.

従って、n滴目が印字されてから(n+1)滴目が印字されるまでの間隔を1ミリ秒以下とする。このようにすることで、印字中に基板16上において、平衡状態(液滴Dがぬれ広がって液滴Dの形状が安定した状態)の部分と、非平衡状態(液滴Dがぬれ広がっている最中の液滴Dの形状が安定する前の状態)の部分とが混在することが防止できる。この結果、非平衡状態の液滴Dの大きな固まりができて、パターンLの一部が太くなったりすることなく平衡状態となり、均一幅の線描画が可能となる。   Therefore, the interval from the printing of the nth drop to the printing of the (n + 1) th drop is set to 1 millisecond or less. By doing so, on the substrate 16 during printing, a portion in an equilibrium state (a state where the droplet D wets and spreads and the shape of the droplet D becomes stable) and a non-equilibrium state (the droplet D wets and spreads) are printed. It is possible to prevent the portion of the liquid droplet D in the middle of being in a state before the shape is stabilized) from being mixed. As a result, the liquid droplets D in a non-equilibrium state are largely agglomerated, and the pattern L is brought into an equilibrium state without being thickened, so that line drawing with a uniform width is possible.

ここで、印字方向(U方向)に垂直な方向(V方向)の相対速度をv[mm/s]とすると、n滴目が印字されてから(n+1)滴目が印字されるまでの間隔を1ミリ秒以下とするための条件式(9)が得られる。   Here, when the relative speed in the direction (V direction) perpendicular to the printing direction (U direction) is v [mm / s], the interval from the printing of the nth drop to the printing of the (n + 1) th drop Conditional expression (9) is obtained for setting the value to 1 ms or less.

Figure 0005078160
Figure 0005078160

上記の式(9)を満たすように、ノズルラインNLとU軸のなす角φ[°]及びV方向の相対速度v[mm/s]を調整することにより、バルジの発生を抑えることができる。   By adjusting the angle φ [°] formed by the nozzle line NL and the U axis and the relative velocity v [mm / s] in the V direction so as to satisfy the above formula (9), the occurrence of bulges can be suppressed. .

[液体の吐出条件3(液体中の溶媒(揮発性成分)の割合の条件)]
次に、液体に含まれる揮発性の溶媒の割合が大きいとバルジが発生しやすくなることから、バルジの発生を防止するための液体中の溶媒の割合の条件について説明する。ここで、基板16上に吐出する液体は、例えば、水又はテトラデカン(いずれも揮発性が有る。)を溶媒中に銀ナノ粒子が分散した液体(インク)とする。
[Liquid discharge condition 3 (Condition of ratio of solvent (volatile component) in liquid)]
Next, since the bulge is likely to be generated when the ratio of the volatile solvent contained in the liquid is large, the condition of the ratio of the solvent in the liquid for preventing the generation of the bulge will be described. Here, the liquid discharged onto the substrate 16 is, for example, a liquid (ink) in which silver nanoparticles are dispersed in a solvent of water or tetradecane (both are volatile).

上記のように、基板16上に液体を吐出してパターンLを描画する場合、パターンL上の溶媒(液体成分)の量が線幅wに対して多すぎるとバルジが発生しやすくなる。バルジの発生を防止するためには、液滴Dが基板16に着弾した後に溶媒を揮発(蒸発)させたときに、基板16上の溶媒の量がバルジが発生しない程度に減少させればよい。具体的には、基板16上においてぬれ広がって溶媒が揮発した後の液滴Dの直径deqm[μm]が線幅w[μm]と等しくなるようにする。w=deqmとすると、ぬれ広がって溶媒が揮発した後の液滴D2eqmの体積V[μm]は下記の式(10)により表される。 As described above, when the pattern L is drawn by discharging the liquid onto the substrate 16, a bulge is likely to occur if the amount of the solvent (liquid component) on the pattern L is too large with respect to the line width w. In order to prevent the occurrence of bulges, when the solvent is volatilized (evaporated) after the droplets D have landed on the substrate 16, the amount of the solvent on the substrate 16 should be reduced to such an extent that bulges do not occur. . Specifically, the diameter d eqm [μm] of the droplet D after the solvent is volatilized by spreading on the substrate 16 is made equal to the line width w [μm]. When w = d eqm , the volume V 1 [μm 3 ] of the droplet D2 eqm after wetting and spreading and the solvent volatilizes is expressed by the following equation (10).

Figure 0005078160
Figure 0005078160

ここで、p=lcosφ−utである。   Here, p = l cos φ−ut.

一方、着弾前の液滴の直径がdであることから、着弾前の液滴Dの体積V[μm]は下記の式(11)により表される。 On the other hand, since the diameter of the droplet before landing is d, the volume V 2 [μm 3 ] of the droplet D before landing is expressed by the following formula (11).

Figure 0005078160
Figure 0005078160

従って、液体中に含まれる揮発性の溶媒の割合(体積の割合){(V−V)/V×100[%]}は下記の式(12)により表される。 Therefore, the ratio (volume ratio) {(V 2 −V 1 ) / V 2 × 100 [%]} of the volatile solvent contained in the liquid is represented by the following formula (12).

Figure 0005078160
Figure 0005078160

液体中の揮発性溶媒の体積の割合を上記の式(12)で表される値以上とすることにより、バルジの発生を防止することができる。   By setting the volume ratio of the volatile solvent in the liquid to be equal to or greater than the value represented by the above formula (12), the occurrence of bulge can be prevented.

[液体の吐出条件4(予備吐出)]
次に、印字開始前の予備吐出について説明する。
[Liquid discharge condition 4 (preliminary discharge)]
Next, preliminary ejection before starting printing will be described.

インクジェット方式のパターン形成装置では、インクが吐出されない状態が所定の時間以上続いた場合、記録ヘッド12のノズル22の近傍に付着したインクの溶媒が揮発(蒸発)して、当該インクの銀ナノ粒子の濃度が高くなり、粘度が高くなる。すると、圧電素子34(図3参照)が動作させたときに、液体の吐出不良又は不吐出が生じる。   In the ink jet type pattern forming apparatus, when a state where ink is not ejected continues for a predetermined time or longer, the ink solvent adhering to the vicinity of the nozzle 22 of the recording head 12 volatilizes (evaporates), and the silver nanoparticles of the ink The concentration of the resin becomes higher and the viscosity becomes higher. Then, when the piezoelectric element 34 (see FIG. 3) is operated, liquid ejection failure or non-ejection occurs.

したがって、本実施形態では、印字開始前に所定の予備吐出領域にインクを吐出する予備吐出(「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」)を行うことにより、ノズル22の近傍に付着した粘度が高いインクを除去する。また、ノズル面の清掃手段として設けられているクリーニングブレードのワイパー(不図示)によってノズル面の汚れを清掃した後にも予備吐出を行って、上記ワイパー摺擦動作によってノズル内に異物が混入するのを防止する。   Therefore, in the present embodiment, the ink is adhered to the vicinity of the nozzle 22 by performing preliminary discharge (“empty discharge”, “purge”, “spitting”) that discharges ink to a predetermined preliminary discharge area before starting printing. Remove ink with high viscosity. In addition, after the nozzle surface is cleaned by a wiper (not shown) of a cleaning blade provided as a nozzle surface cleaning means, preliminary discharge is performed, and foreign matter is mixed into the nozzle by the wiper rubbing operation. To prevent.

上記予備吐出を行う場合、予備吐出後1秒以内に印字を開始することが好ましい。これにより、安定した均一幅の線描画が可能となる。   When the preliminary ejection is performed, it is preferable to start printing within 1 second after the preliminary ejection. This makes it possible to draw a line with a stable and uniform width.

基板16上に予備吐出をすることは製品に重大な問題を与える可能性があるため、パターン形成装置10に予備吐出領域を設けることが望ましい。なお、予備吐出を行ってから印字を開始するまでの時間を短縮するため、予備吐出領域を基板16又は印字開始位置STの周囲全体に設置するのが望ましい。   Preliminary ejection on the substrate 16 may give a serious problem to the product. Therefore, it is desirable to provide a preliminary ejection area in the pattern forming apparatus 10. In order to shorten the time from the start of preliminary discharge to the start of printing, it is desirable to install the preliminary discharge area around the substrate 16 or the entire print start position ST.

図7から図9は、予備吐出領域の配置の例を示す平面図である。   7 to 9 are plan views showing examples of the arrangement of the preliminary ejection regions.

図7に示す例では、記録ヘッド12がxy方向に移動可能となっており、支持プレート14の基板16載置面の、基板16を囲む領域に予備吐出領域100が設けられている。   In the example shown in FIG. 7, the recording head 12 is movable in the xy direction, and the preliminary ejection area 100 is provided in the area surrounding the substrate 16 on the surface of the support plate 14 on which the substrate 16 is placed.

予備吐出を行う場合には、基板16の印字開始位置(点)STから予備吐出領域100の内周に下ろした垂線のうち、長さが最も短いものL1を選択する。そして、この最垂パターンL1を予備吐出領域100側に延長した線上の点(予備吐出位置)PRにおいて予備吐出を行う。予備吐出位置PRは、例えば、予備吐出位置PRと基板16との距離が、予備吐出された液体が予備吐出領域100に着弾したときの液滴の半径の予測値より長くなるような位置に設定される。そして、予備吐出終了後に、記録ヘッド12を垂パターンL1に沿って印字開始位置STに移動させる。これにより、予備吐出終了から印字開始位置STにおいて印字開始するまでの時間を短縮することができる。   When preliminary ejection is performed, the shortest length L1 is selected from the perpendicular lines extending from the printing start position (point) ST of the substrate 16 to the inner periphery of the preliminary ejection area 100. Then, preliminary discharge is performed at a point (preliminary discharge position) PR on a line obtained by extending the most drooping pattern L1 to the preliminary discharge region 100 side. For example, the preliminary ejection position PR is set to a position where the distance between the preliminary ejection position PR and the substrate 16 is longer than the predicted value of the radius of the droplet when the preliminary ejected liquid has landed on the preliminary ejection area 100. Is done. Then, after the preliminary ejection is completed, the recording head 12 is moved to the print start position ST along the vertical pattern L1. Thereby, the time from the end of preliminary discharge to the start of printing at the print start position ST can be shortened.

図8及び図9に示す例では、予備吐出領域100Aは、基板16の両側に設けられている。図8に示す例では、記録ヘッド12が±y方向に移動可能となっており、基板16が±x方向に移動可能となっている。また、図9に示す例では、記録ヘッド12がxy方向に移動可能となっており、基板16が+x方向に移動可能となっている。   In the example shown in FIGS. 8 and 9, the preliminary discharge region 100 </ b> A is provided on both sides of the substrate 16. In the example shown in FIG. 8, the recording head 12 is movable in the ± y direction, and the substrate 16 is movable in the ± x direction. In the example shown in FIG. 9, the recording head 12 can move in the xy direction, and the substrate 16 can move in the + x direction.

図8及び図9に示す例においても、図7と同様に予備吐出位置を設定することにより、予備吐出終了から印字開始位置STにおいて印字開始するまでの時間を短縮することができる。   Also in the examples shown in FIGS. 8 and 9, by setting the preliminary discharge position as in FIG. 7, the time from the end of the preliminary discharge to the start of printing at the print start position ST can be shortened.

なお、線の一部が大きく膨らむ現象は2〜8秒のタイムスケールで発生することが確認されている。このため、ヒータ54等を制御して基板16上の液滴Dを着弾後1秒以内に固化させることにより、バルジの発生を防止することも可能である。   It has been confirmed that the phenomenon in which part of the line swells greatly occurs on a time scale of 2 to 8 seconds. For this reason, it is also possible to prevent the occurrence of bulges by controlling the heater 54 and the like to solidify the droplets D on the substrate 16 within one second after landing.

[パターン形成の手順]
次に、パターン形成の手順について、図10のフローチャートを参照して説明する。
[Pattern formation procedure]
Next, the pattern formation procedure will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、システムコントローラ42は、基板16上の印字開始位置STの座標を取得し、予備吐出領域100内において印字開始位置STに最も近い予備吐出可能な点(予備吐出位置PR)の座標を算出する。そして、システムコントローラ42は、ヘッドドライバ60に制御信号を出力して、記録ヘッド12を予備吐出位置PRに移動させる(ステップS10)。   First, the system controller 42 obtains the coordinates of the print start position ST on the substrate 16 and calculates the coordinates of the preliminary discharge possible point (preliminary discharge position PR) closest to the print start position ST in the preliminary discharge area 100. . Then, the system controller 42 outputs a control signal to the head driver 60, and moves the recording head 12 to the preliminary ejection position PR (step S10).

次に、予備吐出が行われ(ステップS12)、記録ヘッド12が印字開始位置STに移動して(ステップS14)、印字が開始される(ステップS16)。そして、上記の式(6)の条件を満たすドットピッチで、上記の式(9)の条件を満たすようにノズルラインNLとU軸のなす角φ[°]及びV方向の相対速度v[mm/s]が調整されて(即ち、打滴間隔が1ミリ秒以下となるように)パターンLの描画が行われる(ステップS18)。   Next, preliminary ejection is performed (step S12), the recording head 12 is moved to the print start position ST (step S14), and printing is started (step S16). Then, at a dot pitch that satisfies the condition of the above expression (6), the angle φ [°] formed by the nozzle line NL and the U axis and the relative velocity v [mm] in the V direction so as to satisfy the condition of the above expression (9). / S] is adjusted (that is, the pattern L is drawn so that the droplet ejection interval is 1 millisecond or less) (step S18).

ここで、システムコントローラ42は、ステップS12からS16までの工程が1秒以内に終了するように、記録ヘッド12及び支持プレート14の制御を行う。   Here, the system controller 42 controls the recording head 12 and the support plate 14 so that the processes from steps S12 to S16 are completed within one second.

本実施形態によれば、ノズルピッチl[μm]で配列された複数のノズルを使用して線状のパターンLを形成するときに、上記の式(6)の条件を満たすように、角度φ[°]、相対速度u[mm/s]、打滴の時間間隔t[ms]、液滴の直径d[μm]及び接触角θ[rad]のうち少なくとも1つを制御することによりバルジの発生を防止するとともに、上記の式(9)を満たすようにノズルラインNLとU軸のなす角φ[°]とV方向の相対速度v[mm/s]とを調整して吐出周波数を所定値以上にする(打滴の時間間隔を1ミリ秒以下とする)ことにより、バルジ及びジャギーの発生を抑えることができる。更に、液体中の揮発性溶媒の体積の割合を上記の式(12)で表される値以上とすることにより、バルジの発生をより効果的に防止することができる。
According to the present embodiment, when the linear pattern L is formed using a plurality of nozzles arranged at a nozzle pitch l [μm], the angle φ is set so as to satisfy the condition of the above formula (6). By controlling at least one of [°], relative velocity u [mm / s], droplet ejection time interval t [ms], droplet diameter d [μm] and contact angle θ [ rad ], In addition to preventing the occurrence, the angle φ [°] formed by the nozzle line NL and the U axis and the relative velocity v [mm / s] in the V direction are adjusted so as to satisfy the above formula (9). By setting it to a value greater than or equal to (the time interval between droplet ejections is set to 1 millisecond or less), the occurrence of bulge and jaggy can be suppressed. Furthermore, by making the volume ratio of the volatile solvent in the liquid equal to or greater than the value represented by the above formula (12), the occurrence of bulge can be more effectively prevented.

なお、本実施形態では、ノズル22が同一直線上に一列に配置されたラインヘッドを用いたが、例えば、ノズルがマトリクス状に配置された記録ヘッドを用いてもよい。   In the present embodiment, the line head in which the nozzles 22 are arranged in a line on the same straight line is used. However, for example, a recording head in which the nozzles are arranged in a matrix may be used.

本発明の第1の実施形態に係るパターン形成装置を示す斜視図The perspective view which shows the pattern formation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 記録ヘッド12のノズルが形成された面を示す平面図The top view which shows the surface in which the nozzle of the recording head 12 was formed. 吐出素子20を示す断面図Sectional view showing the ejection element 20 パターン形成装置10の制御系を示すブロック図Block diagram showing a control system of the pattern forming apparatus 10 記録ヘッド12と基板16とをx方向に相対的に走査してパターンLを描画するときの走査制御の手順を模式的に示す図The figure which shows typically the procedure of the scanning control when drawing the pattern L by scanning the recording head 12 and the board | substrate 16 relatively to a x direction. 基板16の表面に打滴された液滴の経時変化を模式的に示す図(断面図及び平面図)The figure which shows typically the time-dependent change of the droplet hit | damaged on the surface of the board | substrate 16 (sectional drawing and top view) 予備吐出領域の配置の例を示す平面図Plan view showing an example of the arrangement of the preliminary ejection regions 予備吐出領域の配置の例を示す平面図Plan view showing an example of the arrangement of the preliminary ejection regions 予備吐出領域の配置の例を示す平面図Plan view showing an example of the arrangement of the preliminary ejection regions パターン形成の手順を示すフローチャートFlow chart showing pattern formation procedure

符号の説明Explanation of symbols

10…パターン形成装置、12…記録ヘッド、14…支持プレート、16…基板、20…吐出素子、22…ノズル、24…圧力室、26…供給口、28…共通流路、30…加圧板、32…個別電極、34…圧電素子、40…通信インターフェース、42…システムコントローラ、44…プログラム格納部、46…メモリ、48…モータドライバ、50…モータ、52…ヒータドライバ、54…ヒータ、56…打滴制御部、58…バッファメモリ、60…ヘッドドライバ、80…ホストコンピュータ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Pattern formation apparatus, 12 ... Recording head, 14 ... Support plate, 16 ... Substrate, 20 ... Discharge element, 22 ... Nozzle, 24 ... Pressure chamber, 26 ... Supply port, 28 ... Common flow path, 30 ... Pressure plate, 32 ... Individual electrode, 34 ... Piezoelectric element, 40 ... Communication interface, 42 ... System controller, 44 ... Program storage, 46 ... Memory, 48 ... Motor driver, 50 ... Motor, 52 ... Heater driver, 54 ... Heater, 56 ... Droplet ejection control unit, 58 ... Buffer memory, 60 ... Head driver, 80 ... Host computer

Claims (8)

機能性成分を含有する液滴を、該液滴が染み込まない基板の表面に対して吐出する複数のノズルを有するインクジェット記録ヘッドから、前記基板表面に前記液滴を一方向に順に吐出して線状のパターンを形成するパターン形成方法であって、
前記複数のノズルは、間隔lで一列に配置されており、
前記線状のパターンと前記ノズルの列のなす角をφ、前記線状のパターンに平行な方向の前記インクジェット記録ヘッドと前記基板との相対速度をu、前記基板表面において隣接する液滴の打滴の時間間隔をt、前記基板の表面に着弾する前の前記液滴の形状を真球としたときの該液滴の直径をd、前記基板に対する前記液滴の接触角をθとした場合に、
Figure 0005078160
の条件を満たすように前記インクジェット記録ヘッドを制御する、パターン形成方法。
From the inkjet recording head having a plurality of nozzles that discharge droplets containing a functional component to the surface of the substrate that does not penetrate the droplets, the droplets are sequentially discharged onto the surface of the substrate in one direction. A pattern forming method for forming a linear pattern,
The plurality of nozzles are arranged in a line at an interval l,
The angle between rows of the nozzle and the linear pattern phi, the relative speed between the substrate and parallel to the direction of the ink jet recording head in the linear pattern u, the droplets adjacent the surface of the substrate The time interval between droplets is t, the diameter of the droplet before landing on the surface of the substrate is d, the diameter of the droplet is d, and the contact angle of the droplet with respect to the substrate is θ. In case,
Figure 0005078160
A pattern forming method of controlling the ink jet recording head so as to satisfy the above condition.
p=lcosφ−utとした場合に、前記液滴に含まれる揮発性溶媒の体積の割合が
Figure 0005078160
以上である、請求項1記載のパターン形成方法。
When p = lcosφ-ut, the volume ratio of the volatile solvent contained in the droplet is
Figure 0005078160
The pattern forming method according to claim 1, which is as described above.
前記線状のパターンに垂直な方向の前記インクジェット記録ヘッドと前記基板との相対速度をvとした場合に、
Figure 0005078160
の条件を満たすように前記インクジェット記録ヘッドを制御する、請求項1又は2記載のパターン形成方法。
When the relative velocity between the inkjet recording head and the substrate in the direction perpendicular to the linear pattern is v,
Figure 0005078160
The pattern forming method according to claim 1, wherein the inkjet recording head is controlled so as to satisfy the following condition.
前記ノズルから前記基板表面に前記液滴を吐出する前に、前記基板以外の所定の領域に前記液滴を予備吐出し、
前記予備吐出後1秒以内に前記線状のパターンの形成を開始する、請求項1から3のいずれか1項記載のパターン形成方法。
Before discharging the droplets from the nozzle to the surface of the substrate, the droplets are pre-discharged to a predetermined region other than the substrate,
The pattern formation method according to claim 1, wherein the formation of the linear pattern is started within 1 second after the preliminary ejection.
機能性成分を含有する液滴を、該液滴が染み込まない基板の表面に対して吐出するノズルが間隔lで一列に複数個配置されたインクジェット記録ヘッドと、
前記基板から前記基板表面に前記液滴を一方向に順に吐出して線状のパターンを形成するときに、前記線状のパターンと前記ノズルの列のなす角をφ、前記線状のパターンに平行な方向の前記インクジェット記録ヘッドと前記基板との相対速度をu、前記基板表面において隣接する液滴の打滴の時間間隔をt、前記基板の表面に着弾する前の前記液滴の形状を真球としたときの該液滴の直径をd、前記基板に対する前記液滴の接触角をθとした場合に、
Figure 0005078160
の条件を満たすように前記インクジェット記録ヘッドを制御する制御手段と、
を備えるパターン形成装置。
An ink jet recording head in which a plurality of nozzles that discharge droplets containing a functional component to a surface of a substrate into which the droplets do not permeate are arranged in a line at intervals l;
When forming a linear pattern by sequentially discharging the droplets from the substrate onto the surface of the substrate in one direction, an angle formed by the linear pattern and the row of nozzles is φ, and the linear pattern The relative velocity between the inkjet recording head and the substrate in the direction parallel to the surface is u, the time interval between droplets adjacent to the surface of the substrate is t, and the droplets before landing on the surface of the substrate When the diameter of the droplet when the shape is a true sphere is d and the contact angle of the droplet with respect to the substrate is θ,
Figure 0005078160
Control means for controlling the inkjet recording head so as to satisfy the following condition:
A pattern forming apparatus comprising:
p=lcosφ−utとした場合に、前記液滴に含まれる揮発性溶媒の体積の割合が
Figure 0005078160
以上である、請求項5記載のパターン形成装置。
When p = lcosφ-ut, the volume ratio of the volatile solvent contained in the droplet is
Figure 0005078160
The pattern forming apparatus according to claim 5, which is the above.
前記制御手段は、前記線状のパターンに垂直な方向の前記インクジェット記録ヘッドと前記基板との相対速度をvとした場合に、
Figure 0005078160
の条件を満たすように前記インクジェット記録ヘッドを制御する、請求項5又は6記載のパターン形成装置。
When the relative speed between the inkjet recording head and the substrate in the direction perpendicular to the linear pattern is v,
Figure 0005078160
The pattern forming apparatus according to claim 5, wherein the inkjet recording head is controlled so as to satisfy the following condition.
前記基板を支持する支持プレートと、
前記支持プレート上又は前記支持プレートとは異なる面に配置され、前記支持プレートの前記基板の載置される面の周囲に配置された予備吐出領域とを更に備え、
前記制御手段は、前記ノズルから前記基板表面に前記液滴を吐出する前に、前記基板以外の前記予備吐出領域に前記液滴を予備吐出させ、前記予備吐出後1秒以内に前記線状のパターンの形成を開始する、請求項5から7のいずれか1項記載のパターン形成装置。
A support plate for supporting the substrate;
A preliminary ejection region disposed on the support plate or on a surface different from the support plate, and disposed around a surface of the support plate on which the substrate is placed;
The control means preliminarily discharges the droplets to the preliminary discharge region other than the substrate before discharging the droplets from the nozzle to the surface of the substrate, and the linear shape within one second after the preliminary discharge. The pattern forming apparatus according to claim 5, wherein the formation of the pattern is started.
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