JP6509609B2 - 液滴体積測定装置、液滴体積測定方法、液滴体積測定用基板及びインクジェット描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット方式により吐出される液滴の体積を測定するための液滴体積測定装置、液滴体積測定方法及び液滴体積測定用基板と、前記液滴体積測定方法による液滴体積の測定結果をインクジェット方式により有機ＥＬ膜等を成膜する際の描画レシピに反映して吐出液滴量を制御するインクジェット描画装置に関する。

有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイは、薄型軽量で低消費電力であり、応答速度が速く、視野角が広く、コントラスト比が大きい等の特徴を有していることから、次世代フラットパネルディスプレイとして注目されている。また、有機ＥＬディスプレイには、可撓性を有する基板を用いることによって曲面ディスプレイを容易に実現することができるという特徴もある。

有機ＥＬディスプレイの製造工程の１つに有機ＥＬ膜の成膜工程がある。有機ＥＬ膜の成膜方法の１つとして、インク状の有機ＥＬ材料を微小体積の液滴にして基板の必要箇所に必要量だけ吐出するインクジェット方式がある。このようなインクジェット方式を用いた成膜方法は、大型の有機ＥＬディスプレイの製造に適しており、また、材料の利用効率が高く、従来のマスク蒸着方式のようなマスクが不要なことから製造工程数を減らすことができるため、製造コストを削減することができるという利点を有する。

一方で、インクジェット方式を用いた成膜方法を用いて基板全面にわたって均一に有機ＥＬ材料を塗布するためには、インクジェットヘッドから吐出されるインク状有機ＥＬ材料の液滴の体積管理が重要となる。液滴の体積の測定方法として、ワーク上の液滴に対してその上空から光を照射したときにカメラで観察される虚像を用いて液滴の頭頂位置と高さを求め、求めた高さとカメラレンズの焦点距離とから液滴の体積を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１６９４１３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術のみを、例えば、インクジェット装置と組み合わせるだけでは、今後、高精細化が進む中、より微小となる液滴を正確に測定するには十分なものとは言い難い。具体的には、有機ＥＬ膜をインクジェット方式により成膜する場合には、有機ＥＬ材料の半透明な液滴の外形は判別し難いため、それを正確に測定するための工夫が必要となる。また、有機ＥＬ材料等の微小な液滴は、溶媒の蒸発によって液滴量が変化しやすいため、このような体積変化を考慮して液滴の体積を正確に求める技術が必要とされる。

本発明の目的は、インクジェット方式により吐出された液滴の体積をより正確に測定することが可能な液滴体積測定装置及び液滴体積測定方法と、これらに用いられる液滴体積測定用基板を提供することにある。また、本発明の目的は、前記液滴体積測定方法による液滴体積の測定結果を用いて均一な成膜を行うことができるインクジェット描画装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の液滴体積測定装置は、透光性を有する部材の表面に形成された液滴を該液滴の上方から撮影する撮像光学系と、リング状光源を有し、前記撮像光学系の光軸と前記リング状光源の中心軸とが一致するように前記液滴の上方に配置されて前記リング状光源から前記液滴に光を照射する第１の照明と、前記部材の下側から前記液滴に向けて光を照射する第２の照明と、前記第１の照明を点灯させた状態で前記撮像光学系により撮影された画像に基づいて求められる、前記リング状光源から前記液滴に照射された光の前記液滴からの反射光の輪の半径と、前記第２の照明を点灯させた状態で前記撮像光学系により撮影した画像に基づいて求められる、前記液滴の半径と、を用いて前記液滴の体積又は複数の前記液滴の体積比を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２記載の液滴体積測定装置は、請求項１記載の液滴体積測定装置において、前記リング状光源は、線光源又は面光源であることを特徴とする。

請求項３記載の液滴体積測定装置は、請求項１又は２記載の液滴体積測定装置において、前記第１の照明は、同心円に配置された複数の前記リング状光源を有することを特徴とする。

請求項４記載の液滴体積測定装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液滴体積測定装置において、前記第１の照明を前記撮像光学系の光軸方向に移動させる駆動手段を備えることを特徴とする。

請求項５記載の液滴体積測定装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液滴体積測定装置において、前記液滴が形成された部材を囲むように配置される壁部材を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項６記載の液滴体積測定方法は、透光性を有する部材の表面に形成された液滴の上方に、リング状光源の中心軸と撮像光学系の光軸とが一致して前記液滴の頂点を通り、且つ、前記リング状光源の径方向と前記部材の表面が平行となるように前記リング状光源と前記撮像光学系とを配置し、前記リング状光源を点灯させた状態で前記撮像光学系により前記液滴を撮影した画像に基づいて前記リング状光源から前記液滴に照射された光の反射光の輪の半径を求めるステップと、前記部材の下側から前記液滴に向けて光を照射した状態で前記撮像光学系により前記液滴を撮影した画像に基づいて前記液滴の半径を求めるステップと、前記反射光の輪の半径と前記液滴の半径とを用いて前記液滴の体積又は複数の前記液滴の体積比を算出するステップと、を有することを特徴とする。

請求項７記載の液滴体積測定方法は、請求項６記載の液滴体積測定方法において、前記リング状光源の前記部材の表面からの高さ、前記リング状光源の半径及び前記リング状光源の径方向の幅のうちの少なくとも１つを変えることによって、前記反射光の輪の半径を求めるステップを複数回行い、前記液滴の体積の複数回算出することを特徴とする。

請求項８記載の液滴体積測定方法は、請求項６又は７記載の液滴体積測定方法において、前記部材を囲むように壁部材を配置して前記撮像光学系による前記液滴の撮像を行うことを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項９記載の液滴体積測定用基板は、液滴の体積を測定するために液滴が形成される液滴体積測定用基板であって、透光性を有する平板状の基材と、前記基材の表面に透光性を有する材料で形成された台部と、前記台部の内側に溝部を介して前記台部と同じ材料で形成された液滴形成台と、前記溝部の底に形成された親液部と、前記液滴形成台に前記液滴を形成する前に前記溝部に前記液滴と同じ材料が供給されることで形成される貯留部とを備えることを特徴とする。

請求項１０記載の液滴体積測定用基板は、請求項９記載の液滴体積測定用基板において、前記液滴形成台と前記液滴との接触角は４５°以上９０°以下であることを特徴とする。

請求項１１記載の液滴体積測定用基板は、請求項９又は１０記載の液滴体積測定用基板において、前記親液部はＩＴＯ膜からなることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１２記載のインクジェット描画装置は、インクジェット方式により有機ＥＬ材料の液滴を基板に対して吐出することにより前記基板に有機ＥＬ膜を形成するインクジェット描画装置であって、前記基板を載置する載置台と、前記載置台に載置された基板又は透光性を有する部材の表面に前記有機ＥＬ材料の液滴を吐出するノズルと、前記部材の表面上の液滴を該液滴の上方から撮影する撮像光学系と、リング状光源を有し、前記撮像光学系の光軸と前記リング状光源の中心軸とが一致するように前記部材の表面上の液滴の上方に配置されて前記リング状光源から前記液滴に光を照射する第１の照明と、前記部材の下側から前記部材の表面上の液滴に向けて光を照射する第２の照明と、前記第１の照明を点灯させた状態で前記撮像光学系により撮影された画像に基づいて求められる、前記リング状光源から前記部材の表面上の液滴に照射された光の前記液滴からの反射光の輪の半径と、前記第２の照明を点灯させた状態で前記撮像光学系により撮影した画像に基づいて求められる、前記部材の表面上の液滴の半径と、を用いて前記部材の表面上の液滴の体積又は複数の前記液滴の体積比を算出する算出手段と、前記算出手段による算出結果に基づいて、前記基板に前記有機ＥＬ膜を形成する際に前記ノズルから吐出される前記有機ＥＬ材料の液滴量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、透光性を有する液滴体積測定用基板上の液滴に対して裏面側から照明をあてることによって測定される液滴の半径と、リング状光源からの光を液滴の上方からあてることによって測定される反射光の輪の半径とから液滴の体積又は複数の液滴の体積比を算出することにより、液滴の体積又は体積比を正確に測定することができる。したがって、本発明をインクジェット描画装置（成膜装置）においてインクジェットヘッドから吐出される液滴の体積管理に適用することにより、製品への液滴の吐出量管理を正確且つ容易に行うことができ、これにより、製品での均一な描画（成膜）が可能になる。

本発明の実施の形態に係る液滴体積測定装置の概略構成を示す図である。 測定基板上の液滴の体積を算出するためのパラメータを説明する図である。 図１に示した液滴体積測定装置の第１の変形例の概略構成を示す図である。 図１に示した液滴体積測定装置の第２の変形例の概略構成を示す図である。 図１に示した液滴体積測定装置の第３の変形例の概略構成を示す図である。 図１に示した液滴体積測定装置を備えるインクジェット描画装置の概略構成を示す断面図、インクジェット描画装置が備える基板ステージの平面図、測定基板の平面図及び断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る液滴体積測定装置１０の概略構成を示す図である。液滴体積測定装置１０は、カメラ１１（撮像光学系）と、リング照明１２（第１の照明）と、裏面側照明１３（第２の照明）と、コンピュータＰＣと、測定対象物である液滴Ｌが形成された液滴体積測定用基板Ｓ（以下「測定基板Ｓ」と記す）とを載置する不図示の載置台とを有する。

なお、図１では、液滴体積測定装置１０の構成要素に対して液滴Ｌが大きく表されているが、これは、液滴Ｌの観察像を明示するための便法である。実際の液滴Ｌは、インクジェット方式によりインクジェットヘッド（吐出ノズル）の吐出口から吐出され、液滴体積測定装置１０の各構成要素よりも極めて小さい。

カメラ１１は、詳細な構成の図示は省略するが、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子と、フォーカスやズーム、光量調節を行う絞り等からなる光学系を備え、撮影光軸（以下「光軸」という）が測定基板Ｓの表面と直交するように配置されている。なお、通常、光軸は鉛直方向と平行であり、したがって、測定基板Ｓの表面は水平方向と平行となる。カメラ１１で撮影された液滴Ｌの撮影画像は、コンピュータＰＣに送信される。また、カメラ１１での液滴Ｌの撮影条件は、コンピュータＰＣによる制御が可能となっている。

コンピュータＰＣは、所定のプログラムを実行することによって、カメラ１１から取得した液滴Ｌの撮影画像に対して画像処理を行い、図２を参照して後述する計算式にしたがって撮影した液滴Ｌの体積を算出する。また、コンピュータＰＣは、カメラ１１の動作や撮影条件を制御し、また、載置台の水平方向での位置を制御することにより測定基板Ｓのカメラ１１に対する位置を制御する。

リング照明１２は、円周方向に連続するリング状光源１７を有する。リング状光源１７は、径方向の幅の狭い線光源が好適に用いられ、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）が周方向に密に配置された構造を有するもの等を用いることができる。リング照明１２は、カメラ１１の光軸とリング照明１２（リング状光源１７）の中心軸とが一致するように調節されて、測定基板Ｓの上方に配置されており、測定基板Ｓ上の液滴Ｌに対して光を照射する。リング照明１２の点灯／消灯は、コンピュータＰＣによって制御される。

測定基板Ｓを載置する載置台は、カメラ１１の光軸と直交する方向に二次元的に測定基板Ｓを移動させることができる構造を有する。よって、リング照明１２の径方向と載置台に載置される測定基板Ｓの表面とは平行となる。載置台には孔部が形成されており、測定基板Ｓは、液滴Ｌが形成された領域がこの孔部上に位置するように配置される。換言すれば、測定基板Ｓの表面の、載置台に形成された孔部の上側の領域に液滴Ｌが形成される。

測定基板Ｓには、透光性を有することが必要とされるが、その材質は特に限定されるものではなく、一般的なシリカガラスからなるガラス基板等を用いることができる。液滴Ｌは、インクジェット方式による不図示のインクジェットヘッドから測定基板Ｓに対して液滴を吐出することによって形成される。

裏面側照明１３は、載置台の下側（測定基板Ｓを挟んでカメラ１１と対向する位置）に配置され、載置台に形成された孔部に対してカメラ１１の光軸と平行な方向に光（裏面照射光）を照射する。なお、図１では、液滴断面と観察像とを関連付けるために、観察像を便宜的に液滴断面の下側に示している。裏面側照明１３には、例えば、同軸照明（透過ケーラー照明）等を用いることができる。裏面側照明１３の点灯／消灯は、コンピュータＰＣによって制御される。

図１に示す液滴断面と観察像について、図２を参照して説明する。図２は、液滴Ｌに対してリング照明１２及び裏面側照明１３から照射される光によって液滴Ｌの体積を算出するためのパラメータを説明する図である。

液滴Ｌは、半径Ｒの球の表面の１点を頂点とした、半径Ｒの球の一部であるとする。裏面側照明１３を消灯状態として、リング状光源１７を点灯させると、リング状光源１７からの光が液滴Ｌに対して入射角Φで入射する。このとき、図１の観察像に示されるように半径ｘ（直径２ｘ）の光の輪が反射光として観察されるため、カメラ１１により液滴を撮影し、撮影画像を画像解析することによって、半径ｘを求めることができる。このとき、半径Ｒの球の中心Ｏと液滴Ｌの表面におけるリング照明１２からの入射光の入射位置とを結ぶ線は、入射光と反射光とがなす角を２等分する。このとき、入射光と測定基板Ｓの表面のなす角を角度θとすると下記式１が成り立ち、下記式１より下記式２が得られる。

また、半径Ｒの球の中心Ｏと液滴Ｌの表面におけるリング照明１２からの入射光の入射位置とを結ぶ線と測定基板Ｓの表面のなす角を角度αとすると、下記式３が成り立つ。よって、角度αは、下記式２及び下記式３より下記式４で表される。反射光の輪の半径ｘは、球の半径Ｒを用いて下記式５で表されるため、下記式４から下記式５は下記式６の通りに書き換えられ、下記式６から下記式７が得られる。前述の通り、反射光の輪の半径ｘはカメラ１１による撮影画像から求められる。また、角度θはリング照明１２と測定基板Ｓの設置位置関係から定まる。よって、下記式７により球の半径Ｒを求めることができる。

一方、幾何学的計算により、液滴Ｌの体積Ｖは下記式８で表される。液滴Ｌの高さｈは、角度β（半径Ｒの球の中心Ｏと液滴Ｌの外周とを結ぶ線と測定基板Ｓの表面のなす角）を用いて、下記式９で表される。また、液滴Ｌの半径Ａと球の半径Ｒとの間には、下記式１０の関係が成立しているため、下記式１０は下記式１１に書き換えられる。よって、下記式９に下記式１１を代入することにより、液滴Ｌの高さｈは下記式１２で表される。

球の半径Ｒは下記式７により既に求められている。液滴Ｌの半径Ａ（直径２Ａ）は、リング照明１２を消灯した状態で、裏面側照明１３から液滴Ｌに対して光を照射したときの液滴Ｌの観察像をカメラ１１で撮影し、撮影画像を画像解析することによって求めることができる。よって、下記式１２から液滴Ｌの高さｈが求められ、求めた液滴Ｌの高さｈと半径Ａとを用いて、下記式８により液滴Ｌの体積Ｖを算出することができる。このような一連の演算処理が、コンピュータＰＣによって行われる。

このようにして液滴Ｌの体積を求める際に、裏面側照明１３からの裏面照明光は、測定基板Ｓに形成された液滴Ｌをシルエットとして浮かび上がらせて、液滴Ｌの外輪を顕在化させる役割を担っており、液滴Ｌの半径Ａを正確に測定することができることによって、液滴Ｌの体積の測定精度を高めることができる。また、角度α，βは、測定基板Ｓの表面と液滴Ｌとの接触角を間接的に考慮したパラメータである。したがって、液滴Ｌが複数箇所に形成され、各液滴Ｌの体積を測定した場合に、各液滴Ｌが形成された領域毎に測定基板Ｓの表面状態が異なっていたことによって接触角に差が生じていても、液滴Ｌ毎に正確な体積を測定することができる。

なお、上述の通りに、液滴Ｌを球体と一部とみなしてその体積を測定するため、測定基板Ｓには、撥水性を有しているものが用いられる。具体的には、測定基板Ｓの表面と液滴Ｌとの接触角は４５°以上９０°以下であることが望ましい。また、液滴Ｌの体積Ｖを正確に測定するためには、カメラ１１の光軸が液滴Ｌの頂点を通るように、カメラ１１に対する液滴Ｌの位置（測定基板Ｓの位置）を調節することが望ましい。カメラ１１の光軸に対する液滴Ｌの位置調節については、後の図６についての説明の際に併せて説明する。

次に、図１に示した液滴体積測定装置１０の変形例について説明する。

図３は、図１に示した液滴体積測定装置１０の第１の変形例である液滴体積測定装置１０Ａの概略構成を示す図である。液滴体積測定装置１０Ａは、図１を参照して説明した液滴体積測定装置１０が備えるリング照明１２をカメラ１１の光軸方向に移動可能としたものであり、それ以外の構成は液滴体積測定装置１０と同じであるため、共通する説明を省略する。

不図示の駆動機構によりリング照明１２を光軸方向に移動させることによって、リング状光源１７からの入射光と測定基板Ｓの表面のなす角を変えることができ、これにより液滴Ｌに対する入射角を変えることができる。

図３には、一例として、リング照明１２を、リング状光源１７からの入射光と測定基板Ｓの表面のなす角が角度θ，θ´となる２つの位置の間で移動可能とした構成を示しており、角度θのときの反射光の輪から半径ｘを、角度θ´のときの反射光の輪から半径ｘ´をそれぞれ求める。液滴Ｌの半径Ａはリング照明１２の位置に関係なく一定値として測定可能であるから、液滴体積測定装置１０Ａでは、液滴Ｌの体積を２回測定し、例えば、その平均値を液滴Ｌの体積として求めることで、液滴Ｌの体積をより正確に求めることができる。なお、リング照明１２をカメラ１１の光軸方向で停止させる測定位置は２箇所に限定されるものではなく、より多くの位置で停止させる構成として、液滴Ｌの体積を複数回測定する構成としてもよい。

図４は、図１に示した液滴体積測定装置１０の第２の変形例である液滴体積測定装置１０Ｂの概略構成を示す図である。なお、図４では、図１及び図３に示している観察像の図示を省略している。液滴体積測定装置１０Ｂは、図１を参照して説明した液滴体積測定装置１０が備えるリング照明１２を、二重リング照明１２Ａに変更した構成を有しており、それ以外の構成は液滴体積測定装置１０と同じであるため、共通する説明を省略する。

二重リング照明１２Ａは、同心円となるように配置された内径側のリング状光源１７ａと外径側のリング状光源１７ｂとを有する。リング状光源１７ａから液滴Ｌに入射する入射光とリング状光源１７ｂから液滴Ｌに入射する入射光とでは測定基板Ｓの表面とのなす角が異なり、それぞれ角度θ，θ´となる。よって、複数の異なる入射角に応じて同時に観察される２つの反射光の輪の半径ｘ，ｘ´を測定すると共に、リング状光源１７ａ，１７ｂの位置に関係なく一定である液滴Ｌの半径Ａを測定することにより、液滴Ｌの体積として２つの値を算出することができる。例えば、こうして得られた２つの値の平均値を液滴Ｌの体積として決定することにより、液滴Ｌの体積をより正確に求めることができる。

なお、ここでは、２つのリング状光源１７ａ，１７ｂを有する二重リング照明１２Ａを用いたが、より多くのリング状光源が同心円状に配置されたリング照明を用いてもよい。また、観察される反射光の輪と複数のリング状光源との対応関係が容易にわかるように、例えば、リング状光源の一部（１箇所又は複数箇所）に非発光部を設け、各リング状光源において非発光部を設ける位置又は長さを変えるようにすることも好ましい。非発光部は、前述したリング照明１２におけるリング状光源１７に設けることも好ましい。リング状光源に非発光部を設けることによって、反射光の輪の一部に非発光部に対応する暗部が生成され、被写体のコントラストが大きくなることで、カメラ１１による撮影時の合焦動作が容易となる。

図５は、図１に示した液滴体積測定装置１０の第３の変形例である液滴体積測定装置１０Ｃの概略構成を示す図である。液滴体積測定装置１０Ｃは、図１を参照して説明した液滴体積測定装置１０が備えるリング照明１２を、径方向に幅の広い面光源であるリング状光源１７ｃを有するリング照明１２Ｃに変更した構成を有しており、それ以外の構成は液滴体積測定装置１０と同じであるため、共通する説明を省略する。

リング照明１２Ｃのリング状光源１７ｃの内輪側から液滴Ｌに入射する入射光と外輪側から液滴Ｌに入射する入射光とでは測定基板の表面とのなす角が異なり、それぞれ角度θ，θ´となる。こうしてリング状光源１７ｃからは一定の幅を持って液滴Ｌに光が入射することで、反射光の輪にも半径ｘの内輪から半径ｘ´の外輪にかけての幅が生じ、内輪の半径ｘと外輪の半径ｘ´を測定する共に、リング状光源１７ｃの形状に関係なく一定である液滴Ｌの半径Ａを測定することにより、液滴Ｌの体積として２つの値を算出することができる。例えば、こうして得られた２つの値の平均値を液滴Ｌの体積として決定することにより、液滴Ｌの体積をより正確に求めることができる。

なお、図１を参照して説明したリング照明１２のリング状光源１７や図４を参照して説明した二重リング照明１２Ａのリング状光源１７ａ，１７ｂは、線光源ではあっても、厳密には径方向に一定の幅を有しており、そのため、反射光の輪もまた径方向に一定の幅を有する。この場合、例えば、反射光の輪の半径ｘ，ｘ´としては、反射光の輝度が最も大きくなる中央部を撮影画像の画像解析によって求めればよく、リング状光源１７，１７ａ，１７ｂの径方向の中心位置を用いて角度θ，θ´を定めればよい。

次に、液滴体積測定装置１０を備えるインクジェット描画装置（成膜装置）について説明する。なお、インクジェット描画装置では、インクジェット描画装置の制御コンピュータが、液滴体積測定装置１０の制御等を行うコンピュータＰＣとしての役割を果たす。

図６（ａ）は、インクジェット描画装置１００の概略構成を示す断面図である。インクジェット描画装置１００に対して、図６に示すように互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を設定し、Ｚ軸方向は鉛直方向であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は水平方向であるとする。

インクジェット描画装置１００の処理室２０内には、基板ステージ２１と、基板ステージ２１を水平方向に高精度に移動させる不図示の駆動機構を備える駆動ステージ２２とが配置されている。図６（ｂ）は、基板ステージ２１の概略平面図である。基板ステージ２１には、製品（例えば、有機ＥＬディスプレイ）に用いられるガラス基板等の製品基板Ｇと測定基板Ｓとが載置可能となっている。

ここでは、基板ステージ２１において、製品基板Ｇの載置領域と測定基板Ｓの載置領域とを分けているが、これは、測定基板Ｓの載置領域には裏面側照明１３を配置する必要があることを考慮したものである。但し、製品基板Ｇに対する有機ＥＬ膜の成膜に支障が生じない限りにおいて、製品基板Ｇの載置領域内に測定基板Ｓの載置領域を設けてもよく、これにより基板ステージ２１を小型化することができる。また、基板ステージ２１において製品基板Ｇを載置したときの外周部（Ｘ軸方向端及びＹ軸方向端）に載置可能な形状の測定基板を用いれば、別途に測定基板Ｓの載置領域を設ける必要はなく、これにより基板ステージ２１を小型化することができる。

駆動ステージ２２の上方には、インクジェットヘッド２３と、液滴体積測定ヘッド２４とが、保持部材２５に固定された状態で配置されている。保持部材２５は不図示のフレームに固定されており、そのため、処理室２０内において、インクジェットヘッド２３と液滴体積測定ヘッド２４の位置が変わることはない。液滴体積測定装置１０は、不図示であるが、カメラ１１及びリング照明１２を備える。

基板ステージ２１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させながら、インク状の有機ＥＬ材料を微小な液滴にしてインクジェットヘッド（吐出ノズル）２３の吐出口からガラス基板Ｇの表面の必要箇所に必要量だけ吐出することにより、ガラス基板Ｇに有機ＥＬ膜を成膜する。駆動ステージ２２は、ガラス基板Ｇの全面及び測定基板Ｓの全面に液滴を塗布することができるように基板ステージ２１を移動させることができるように構成されている。

インクジェット描画装置１００の処理室２０の側壁の一部には、処理室２０と外部との間で製品基板Ｇを搬送するためのゲート２８が設けられている。また、処理室２０の天井部には、空気清浄度の調節された空気を処理室２０内に送風するためのファンフィルタユニット２７が配置されている。処理室２０内に供給された空気は、不図示の排気装置により外部に排気され、例えば、ファンフィルタユニット２７へ循環送風される。

保持部材２５には、液滴体積測定ヘッド２４を囲むように壁部材２６がＺ軸方向に昇降自在に配置されている。図６（ａ）にはＸ軸方向側の２つの壁部材２６が示されているが、Ｙ軸方向側にも同様に配置されている。壁部材２６は、製品基板Ｇに対する有機ＥＬ膜の成膜の際には、破線で示す上部に待機した状態に維持される。そして、液滴体積測定ヘッド２４を用いて液滴の体積を測定する際には、実線で示す位置に配置されることで、測定基板Ｓにファンフィルタユニット２７からの送風が直接に液滴にあたって液滴を乾かしてしまう（液滴に含まれる溶媒の蒸発を促進する）のを抑制する。これにより、液滴の体積を測定する際に、液滴の乾燥の影響を小さく抑えることができる。

インクジェットヘッド２３の吐出口から吐出される液滴の体積を液滴体積測定装置１０により求める際には、測定基板Ｓが基板ステージ２１の所定位置に載置され、続いて、インクジェットヘッド２３が有する複数の吐出口のうち液滴体積を測定する対象となる１つ又は複数の吐出口から測定基板Ｓの所定位置に液滴を吐出することができるように、インクジェット描画装置の制御コンピュータが、基板ステージ２１の座標情報とインクジェットヘッド２３における吐出口の座標情報とに基づいて基板ステージ２１の位置を調節する。

壁部材２６を測定基板Ｓを囲むように配置して、定められた吐出口から液滴を測定基板Ｓに対して吐出する。これにより、図１に示したように、測定基板Ｓ上の所定位置に液滴が乗った状態となる。このとき、液滴はカメラ１１の直下には形成されていないため、カメラ１１の光軸座標と測定基板Ｓにおいて液滴が形成された座標とが合致するように基板ステージ２１を移動させる。これにより図１に示した状態となるため、リング照明１２及び裏面側照明１３から液滴に向かって光を照射して液滴を撮影し、得られた撮影画像に基づいて図２を参照して説明した方法により液滴の体積を求める。複数の液滴が形成されている場合には、基板ステージ２１を移動させることにより、順次、測定を行えばよい。

測定結果をインクジェットヘッド２３から吐出される液滴体積の管理に反映させることにより、製品基板Ｇへの液滴の吐出量管理を正確且つ容易に行うことができる。例えば、有機ＥＬ膜を成膜するための描画レシピに液滴体積の測定結果を反映して吐出液滴量を制御することにより、製品基板Ｇに対して画素毎に必要量の有機ＥＬ材料の液滴を吐出することができ、これにより、製品基板Ｇに有機ＥＬ膜をムラなく均一に描画することができる。

なお、液滴の体積をより正確に測定するために必要に応じて、カメラ１１の光軸が液滴の頂点を確実に通るように、液滴の位置（測定基板Ｓの位置）を微調節することが望ましい。例えば、インクジェット描画装置１００の制御コンピュータは、撮影画像から観察される液滴の外周円（半径Ａの円）の中心座標とカメラ１１の光軸とが一致するように基板ステージ２１の位置を微調節すればよい。

さて、１つの吐出口から液滴を吐出する度に測定基板Ｓを一定距離だけ動かして次の液滴を吐出する方法や、所定の間隔を隔てた複数の吐出口から１滴ずつの液滴を吐出する方法等によって測定基板Ｓ上に複数の液滴を形成し、順次、液滴の体積を測定する場合には、液滴が形成されてから実際に測定が行われるまでの時間に応じた、液滴からの溶媒の蒸発による体積変化（体積減少）が問題となる可能性がある。よって、液滴からの溶媒蒸発を抑制することが望ましい。

そこで、前述したように測定基板Ｓとしては一般的なガラス基板を用いることができるが、液滴に含まれる溶媒の蒸発を抑制する構造を有する測定基板を用いることによって、より正確に液滴の体積を測定することができると共に、複数の液滴を形成し、連続して液滴の体積を測定する手法にも対応することができる。

図６（ｃ）は、溶媒の蒸発を抑制した測定基板Ｓａの概略構成を示す平面図であり、図６（ｄ）は、図６（ｃ）中に示す矢視Ａ−Ａの断面図である。測定基板Ｓａは、基材となるガラス基板等の透光性を有する平板状の基材３５上に、一般的な成膜技術、リソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて形成された、透光性を有する材料からなる台部３１と、台部３１の内側に溝部を介して台部３１と同じ材料で形成された液滴形成台３２と、台部３１と液滴形成台３２との間の溝部の底に形成された、新液性を有する材料からなる親液部３４とを有する。台部３１及び液滴形成台３２は、具体的には、シリカ、或いは、溌液バンクに用いられる、溌液性を有したレジスト等である。親液部３４としては、例えば、ＩＴＯ膜等を用いることができる。

なお、測定基板Ｓａでは、台部３１と液滴形成台３２とを基材３５と接触するように形成しているが、基材３５の表面全体に親液部３４を設け、親液部３４上に台部３１と液滴形成台３２とを設けた構成としてもよい。また、測定基板Ｓａでは、液滴形成台３２の形状を、矩形としているが、これに限定されるものではなく、例えば、円形等であってもよい。

このように台部３１、液滴形成台３２及び親液部３４を有する測定基板Ｓａを、基板ステージ２１に載置した後に、親液部３４に対してインクジェットヘッド２３から滴量の液滴（具体的には、体積測定対象となるインク状の有機ＥＬ材料）を供給し、図６（ｄ）に示すように、液滴材料からなる貯留部３３を形成する。その後、既に説明した通りに、インクジェットヘッド２３から液滴形成台３２上に液滴を吐出させ、形成された１つ又は複数の液滴の体積を測定する。

このとき、貯留部３３から蒸発する溶媒によって、液滴形成台３２の近傍での溶媒の蒸気濃度が高くなることにより、液滴４０からの溶媒の蒸発を抑制することができ、したがって、液滴の体積をより正確に測定することが可能となる。また、複数の液滴に対して体積の測定を行う場合でも、溶媒が蒸発することによる体積の変化を抑制することができる。なお、台部３１において親液部３４で挟まれた領域も、液滴形成台３２と同様に、液滴を形成して、液滴の体積を測定する部位として用いることもできる。

インクジェット描画装置に液滴体積測定装置１０に代えて液滴体積測定装置１０Ａ〜１０Ｃを適用しても、インクジェット描画装置の全体的な構成は変わらないため、液滴体積測定装置１０Ａ〜１０Ｃが適用されたインクジェット描画装置についての説明は省略する。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態では、測定基板Ｓ上に形成された液滴の体積を求めるとした。しかし、上述したように、有機ＥＬ材料の液滴の体積は、溶媒が蒸発することによって経時的に変化しやすい。一方、測定基板Ｓ上に複数の液滴が形成された場合に、複数の液滴のそれぞれについてリング状光源が液滴の直上にあるとみなすことができる程度に液滴間の距離が短ければ、それら複数の液滴について同時に反射光の輪の半径ｘと液滴の半径Ａとを測定することができる。

そこで、インクジェットヘッド２３が有する複数の吐出口から同時に吐出させた複数の液滴を検査する場合等に、その複数の液滴を並び順にいくつかのグループに分けて、グループ毎に一括して各液滴の体積を測定して体積比を求める。その際に、隣り合うグループに重複して含まれる少なくとも１つの液滴を設定し、その液滴の体積の測定結果に基づいて隣り合うグループの測定結果を規格化することにより、最終的に、測定タイミングの違いによる溶媒蒸発の違いがキャンセルされた、全ての液滴の体積比を求めることができる。こうして求めた体積比に基づいて製品基板Ｇに対する成膜を行う際に、各吐出口から吐出される液滴量、又は、各画素に吐出される全液量を制御することにより、ムラなく描画することができる。このとき、例えば、液滴は球の一部と仮定しているが、更に液滴と測定基板Ｓとの接触角が同じであると仮定すれば、液滴の半径Ａのみを測定することによって、より迅速に相対的な体積比を求めることができる。

また、上記実施の形態では、液滴の体積を測定するために測定基板Ｓを用いたが、製品基板Ｇの外周に余白部がある場合には、その余白部を利用して液滴の体積を測定するようにしてもよい。その場合、製品基板Ｇの余白部の少なくとも一部に、液滴を形成するための非加工領域（つまり、製品基板Ｇの基材となっている基板材料が露出する面）を設け、基板ステージ２１において製品基板Ｇを基板ステージ２１に載置したときに非加工領域と対向する領域に裏面側照明１３を設ければよい。これにより、基板ステージ２１を小型化することができる。

また、液滴体積測定装置１０Ａでは、リング照明１２をカメラ１１の光軸方向に移動可能としたように、液滴体積測定装置１０Ｂの二重リング照明１２Ａや液滴体積測定装置１０Ｃのリング照明をカメラ１１の光軸方向に移動可能として、液滴Ｌの体積を複数回測定するようにしてもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 液滴体積測定装置
１１ カメラ
１２，１２Ｂ リング照明
１２Ａ 二重リング照明
１３ 裏面側照明
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ リング状光源
２０ 処理室
２１ 基板ステージ
２２ 駆動ステージ
２３ インクジェットヘッド
２４ 液滴体積測定ヘッド
２５ 保持部材
２６ 壁部材
３１ 台部
３２ 液滴形成台
３３ 貯留部
３４ 親液部
３５ 基材
１００ インクジェット描画装置
Ｌ 液滴
Ｓ，Ｓａ 測定基板

Claims (12)

1. 透光性を有する部材の表面に形成された液滴を該液滴の上方から撮影する撮像光学系と、
   リング状光源を有し、前記撮像光学系の光軸と前記リング状光源の中心軸とが一致するように前記液滴の上方に配置されて前記リング状光源から前記液滴に光を照射する第１の照明と、
   前記部材の下側から前記液滴に向けて光を照射する第２の照明と、
   前記第１の照明を点灯させた状態で前記撮像光学系により撮影された画像に基づいて求められる、前記リング状光源から前記液滴に照射された光の前記液滴からの反射光の輪の半径と、前記第２の照明を点灯させた状態で前記撮像光学系により撮影した画像に基づいて求められる、前記液滴の半径と、を用いて前記液滴の体積又は複数の前記液滴の体積比を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする液滴体積測定装置。
2. 前記リング状光源は、線光源又は面光源であることを特徴とする請求項１記載の液滴体積測定装置。
3. 前記第１の照明は、同心円に配置された複数の前記リング状光源を有することを特徴とする請求項１又は２記載の液滴体積測定装置。
4. 前記第１の照明を前記撮像光学系の光軸方向に移動させる駆動手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液滴体積測定装置。
5. 前記液滴が形成された部材を囲むように配置される壁部材を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液滴体積測定装置。
6. 透光性を有する部材の表面に形成された液滴の上方に、リング状光源の中心軸と撮像光学系の光軸とが一致して前記液滴の頂点を通り、且つ、前記リング状光源の径方向と前記部材の表面が平行となるように前記リング状光源と前記撮像光学系とを配置し、前記リング状光源を点灯させた状態で前記撮像光学系により前記液滴を撮影した画像に基づいて前記リング状光源から前記液滴に照射された光の反射光の輪の半径を求めるステップと、
   前記部材の下側から前記液滴に向けて光を照射した状態で前記撮像光学系により前記液滴を撮影した画像に基づいて前記液滴の半径を求めるステップと、
   前記反射光の輪の半径と前記液滴の半径とを用いて前記液滴の体積又は複数の前記液滴の体積比を算出するステップと、を有することを特徴とする液滴体積測定方法。
7. 前記リング状光源の前記部材の表面からの高さ、前記リング状光源の半径及び前記リング状光源の径方向の幅のうちの少なくとも１つを変えることによって、前記反射光の輪の半径を求めるステップを複数回行い、前記液滴の体積の複数回算出することを特徴とする請求項６記載の液滴体積測定方法。
8. 前記部材を囲むように壁部材を配置して前記撮像光学系による前記液滴の撮像を行うことを特徴とする請求項６又は７記載の液滴体積測定方法。
9. 液滴の体積を測定するために液滴が形成される液滴体積測定用基板であって、
   透光性を有する平板状の基材と、
   前記基材の表面に透光性を有する材料で形成された台部と、
   前記台部の内側に溝部を介して前記台部と同じ材料で形成された液滴形成台と、
   前記溝部の底に形成された親液部と、
   前記液滴形成台に前記液滴を形成する前に前記溝部に前記液滴と同じ材料が供給されることで形成される貯留部とを備えることを特徴とする液滴体積測定用基板。
10. 前記液滴形成台と前記液滴との接触角は４５°以上９０°以下であることを特徴とする請求項９記載の液滴体積測定用基板。
11. 前記親液部はＩＴＯ膜からなることを特徴とする請求項９又は１０記載の液滴体積測定用基板。
12. インクジェット方式により有機ＥＬ材料の液滴を基板に対して吐出することにより前記基板に有機ＥＬ膜を形成するインクジェット描画装置であって、
    前記基板を載置する載置台と、
    前記載置台に載置された基板又は透光性を有する部材の表面に前記有機ＥＬ材料の液滴を吐出するノズルと、
    前記部材の表面上の液滴を該液滴の上方から撮影する撮像光学系と、
    リング状光源を有し、前記撮像光学系の光軸と前記リング状光源の中心軸とが一致するように前記部材の表面上の液滴の上方に配置されて前記リング状光源から前記液滴に光を照射する第１の照明と、
    前記部材の下側から前記部材の表面上の液滴に向けて光を照射する第２の照明と、
    前記第１の照明を点灯させた状態で前記撮像光学系により撮影された画像に基づいて求められる、前記リング状光源から前記部材の表面上の液滴に照射された光の前記液滴からの反射光の輪の半径と、前記第２の照明を点灯させた状態で前記撮像光学系により撮影した画像に基づいて求められる、前記部材の表面上の液滴の半径と、を用いて前記部材の表面上の液滴の体積又は複数の前記液滴の体積比を算出する算出手段と、
    前記算出手段による算出結果に基づいて、前記基板に前記有機ＥＬ膜を形成する際に前記ノズルから吐出される前記有機ＥＬ材料の液滴量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするインクジェット描画装置。