KR100555198B1 - 파형 결정 장치, 파형 결정 방법, 액체방울 토출 장치,액체방울 토출 방법, 성막 방법, 디바이스 제조 방법,전기 광학 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

측정기(150)는 토출 헤드(103R, 130G, 130B)로부터 토출된 액체방울이 수정 진동자(154)의 전극(153a)에 부착되면, 수정 진동자(154)의 공진 주파수의 변화량 및 공진 저항값에 기초하여 상기 액체방울의 점도와 질량을 구한다. 측정기(150)는 이렇게 구해진 점도 및 질량을 나타내는 액체방울 정보 ID를 제어부(110)에 공급한다. 제어부(110)는 액체방울 정보 ID에 포함된 점도 및 질량에 기초하여 토출 헤드(130R, 130G, 130B)에 공급할 적정 구동 파형을 결정한다.
액체방울, 토출 헤드, 측정기, 제어부, 압전소자

Description

파형 결정 장치, 파형 결정 방법, 액체방울 토출 장치, 액체방울 토출 방법, 성막 방법, 디바이스 제조 방법, 전기 광학 장치 및 전자 기기{WAVEFORM DETERMINING DEVICE, WAVEFORM DETERMINING METHOD, DROPLET EJECTING DEVICE, DROPLET EJECTING METHOD, FILM FORMING METHOD, DEVICE MANUFACTURING METHOD, ELECTRONIC OPTICAL DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체방울 토출 장치의 구성예를 나타내는 도면.
도 2는 구동 파형의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 액체방울 토출 장치 내의 센서 팁의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 기억부에 기억된 파형 선택 테이블의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 기억부에 기억된 파형 데이터의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 액체방울이 도포되는 컬러 필터 기판의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 액체방울 토출 장치에서 수행되는 동작을 나타내는 플로우차트.
도 8의 (a) 내지 도 8의 (c)는 액체방울이 기판에 도포되는 형태를 나타내는 도면.
도 9는 전기 광학 장치의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 전기 광학 장치를 탑재한 전자 기기의 일례를 나타내는 도면.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
100 액체방울 토출 장치
110 제어부
130R, 130G, 130B 토출 헤드
132 압전소자
150 측정기
152 센서 팁
153a, 153b 전극
154 수정 진동자
158 임피던스 연산부
159 주파수 카운터
160 연산부
170 기억부
300 휴대 전화기
TBL 파형 테이블
WD 파형 데이터
본 발명은 구동 파형 결정 방법, 공급되는 구동 파형에 따라 액체방울을 토 출하는 토출 헤드 갖는 액체방울 토출 장치에서 사용하기 위한 방법 및 파형 결정 장치, 또는 관련된 액체방울 토출 방법, 액체방울 토출 장치, 성막 방법, 디바이스 제조 방법, 전기 광학 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
잉크젯 장치 등의 액체방울 토출 장치는 용액을 일시적으로 저장하는 토출 헤드 및, 이 토출 헤드에 저장된 용액을 증압(pressurizing)하기 위한 압전소자(piezoelectric element)가 설치되어 있다. 토출 헤드로부터 액체를 토출하기 위하여, 구동 파형에 기초하여 압전소자에 구동 신호가 공급된다. 구동 파형이라 함은 1회의 액체방울 토출에 걸리는 구동 신호의 신호 레벨이 시계열적으로 규정된 정보를 뜻한다. 따라서, 액체방울을 목표값에 근접해서 일정하게 토출함으로써 고정밀도의 패터닝을 달성할 수 있다.
그러나, 온도의 변화가 생기면, 토출되는 액체방울의 점도의 변화가 생길 수도 있다. 따라서, 액체방울의 토출을 제어하기 위한 구동 파형이 온도 변화와 무관하게 변화하지 않은 채로 남는다면, 토출되는 액체방울량의 변화가 또한 생길 수 있다. 즉, 용액의 온도가 내려가면 용액의 점도가 올라가고, 그 결과 토출되는 액체방울량이 적게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 토출 헤드 근방에 설치된 온도 센서에 의해 토출 헤드 내의 용액 온도를 검출하고, 이 검출된 온도로부터 용액의 점도를 추정하고, 토출되는 액체방울량이 본질적으로 변하지 않도록 구동 파형을 상기 추정한 점도에 기초하여 결정한다. 따라서, 일정한 구동 파형의 방법과 비교하 여, 상기 방법은 액체방울 토출을 위해 추정된 용액의 점도에 기초하여 변화할 수 있는 구동 파형을 사용할 수 있기 때문에, 액체방울의 안정성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 이와 같은 방법에서는 구동 파형의 결정을 위해 사용되는 점도가 액체방울 토출을 위한 액의 온도에 기초하여 간접적으로 얻어지는 값이기 때문에, 용액의 실제 점도가 정확하게 결정될 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 일반적으로 토출 헤드 내에 남아있는 용액의 온도는 균일하지 않아서, 온도 센서가 설치된 위치에 따라서 검출되는 용액의 온도가 다른 경우가 있다. 따라서, 종래기술의 방법 및 장치에서는 토출된 액체방울의 양이 변화되어, 충분히 정확하게 제어될 수 없다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 액체방울을 일정한 질량으로 토출시키기 위한 구동 파형을 결정하는 파형 결정 장치, 상기 파형 결정 장치에 의해 실행되는 파형 결정 방법, 상기 파형 결정 장치를 포함한 액체방울 토출 장치, 상기 파형 결정 방법을 포함한 액체방울 토출 방법, 상기 액체방울 토출 방법을 사용한 성막 방법, 상기 성막 방법을 사용한 디바이스 제조 방법, 상기 디바이스 제조 방법을 사용한 전기 광학 장치의 제조 방법, 상기 전기 광학 장치의 제조를 위한 제조 방법에 의해 제조된 전기 광학 장치, 및 상기 전기 광학 장치를 탑재한 전자 기기를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 구동 파형에 따라서 액체방울을 토출하는 토출 헤드로부터 토출된 액체방울의 점도 및 질량을 측정하는 측정 수단; 및 상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량에 기초하여 상기 토출 헤드에 공급될 구동 파형을 결정하는 파형 결정 수단을 구비하는 파형 결정 장치를 제공한다.
본 발명의 파형 결정 장치에 의하면, 구동 파형이 토출 헤드로부터 토출된 액체방울의 점도 및 질량에 기초하여 결정되고, 이 미리 결정된 파형이 일정 질량의 액체방울을 토출시킨다.
바람직한 실시예에서, 상기 측정 수단은, 전극을 갖는 압전소자로서, 상기 전극에 전압을 인가하여 상기 압전소자를 진동시켜, 전압이 인가되는 동안에 상기 토출 헤드로부터 토출된 상기 액체방울이 상기 전극에 부착되면, 상기 압전소자가 상기 부착된 액체방울의 점도 및 질량에 의존하는 공진 주파수(resonance frequency)에서 진동하고, 또한 상기 압전소자가 상기 부착된 액체방울의 점도에 의존하는 공진 저항값을 나타내는 압전소자; 상기 토출 헤드로부터 토출된 액체방울이 상기 전극에 부착된 경우에, 상기 압전소자의 공진 저항값을 취득하는 공진 저항값 취득 수단; 상기 액체방울이 상기 전극에 부착될 때와 상기 액체방울이 상기 전극에 부착되지 않을 때의 상기 압전소자의 공진 주파수의 차이를 취득하는 주파수 변화량 취득 수단; 및 상기 공진 저항값 취득 수단에 의해 취득된 상기 공진 저항값, 및 상기 주파수 변화량 취득 수단에 의해 취득된 상기 압전소자의 상기 공진 주파수의 차이에 기초하여 상기 전극에 부착된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량을 연산하는 연산 수단을 포함한다.
따라서, 압전소자의 공진 저항 및 압전 소자의 공진 주파수의 차이에 기초하 여 액체방울의 점도 및 질량을 계산함으로써, 한 액체방울의 점도와 질량을 측정할 수 있다. 그 결과, 적정 구동 파형을 결정할 목적으로 토출된 액체방울이 최소화되고, 이것은 대량의 시험 액체방울이 토출되지 않아도 됨을 의미하며, 따라서 구동 파형 결정 처리시에 자원을 절감할 수 있다.
다른 양호한 실시예에서, 상기 측정 수단에 의해 측정된 액체방울은 미리 결정된 표준 구동 파형을 상기 토출 헤드에 공급함으로써 토출되고, 상기 파형 결정 수단은, 각각 상기 표준 구동 파형에 따라서 상기 토출 헤드로부터 토출된 상기 액체방울의 점도 및 질량에 대응하고, 상기 토출 헤드로부터 대략 일정량의 액체방울을 토출시키기 위한 복수의 구동 파형을 기억하는 파형 기억 수단; 및 상기 파형 기억 수단에 기억된 상기 복수의 구동 파형 중에서 상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량에 대응하는 구동 파형을 선택하여 상기 선택된 구동 파형을 공급하기 위한 파형 선택 수단을 포함한다.
따라서, 구동 파형이 파형 기억 수단에 기억된 구동 파형 중에서 선택됨으로써, 토출 헤드에 공급될 구동 파형을 결정한다. 따라서, 구동 파형의 결정에 걸리는 처리가 간편해지게 된다.
또한, 본 발명은 구동 파형에 따라 액체방울을 토출하는 토출 헤드와, 상술한 다양한 실시예들 중 하나의 파형 결정 장치를 갖고, 상기 파형 결정 장치에 의해 결정된 구동 파형을 상기 토출 헤드에 공급한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 파형 결정 장치는 토출 헤드로부터 토출되는 액체방울의 질량을 일정하게 할 수 있어서, 액체방울 토출 장치에서 고정밀도 로 액체방울을 도포할 수 있다.
또한, 본 발명은 구동 파형에 따라서 액체방울을 토출하는 토출 헤드로부터 토출된 액체방울의 점도 및 질량을 측정하는 측정 단계; 및 상기 측정 단계에서 측정된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량에 기초하여 상기 토출 헤드에 공급될 구동 파형을 결정하는 파형 결정 단계를 포함하는 파형 결정 방법을 제공한다.
상기 파형 결정 방법에 따르면, 파형 결정 장치의 경우와 마찬가지로, 구동 파형이 토출 헤드로부터 토출된 액체방울의 점도 및 질량에 기초하여 결정되고, 이 결정된 파형은 액체방울을 일정한 질량으로 토출시킬 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 측정 단계는, 압전소자의 전극을 향하여 상기 토출 헤드로부터 액체방울을 토출시키는 단계로서, 상기 전극에 전압이 인가된 경우에 상기 압전소자가 진동하게 되어, 전압이 인가되는 동안에 상기 토출 헤드로부터 토출된 액체방울이 상기 전극에 부착되면, 상기 압전소자가 상기 부착된 액체방울의 점도 및 질량에 의존하는 공진 주파수에서 진동하고, 또한 상기 압전소자가 상기 부착된 액체방울의 점도에 의존하는 공진 저항값을 나타내는 액체방울 토출 단계; 상기 액체방울 토출 단계에서 상기 토출 헤드로부터 토출된 상기 액체방울이 상기 전극에 부착된 경우에, 상기 압전소자의 공진 저항값을 취득하는 공진 저항값 취득 단계; 상기 액체방울이 상기 전극에 부착될 때와 상기 액체방울이 상기 전극에 부착되지 않을 때의 상기 압전소자의 공진 주파수의 차이를 취득하는 주파수 변화량 취득 단계; 및 상기 공진 저항값 취득 단계에서 취득된 상기 공진 저항값, 및 상기 주파수 변화량 취득 단계에서 취득된 상기 압전소자의 상기 공진 주파수의 차 이에 기초하여 상기 전극에 부착된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량을 연산하는 연산 단계를 포함한다.
따라서, 액체방울의 점도와 질량이 압전소자의 공진 저항과 공진 주파수의 변화량에 기초하여 계산됨으로써, 각 액체방울에 대해서 액체방울의 점도와 질량이 계산될 수 있다. 따라서, 구동 파형의 결정시에, 대량의 액체방울을 사용할 필요가 없어서, 구동 파형 결정 처리시에 자원을 절감할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 측정 단계에서 측정된 상기 액체방울은 미리 결정된 표준 구동 파형을 상기 토출 헤드에 공급하는 경우에 토출되고, 상기 파형 결정 단계는, 각각 상기 표준 구동 파형에 따라서 상기 토출 헤드로부터 토출된 상기 액체방울의 점도 및 질량에 대응하고, 상기 토출 헤드로부터 대략 일정량의 액체방울을 토출시키기 위한 복수의 구동 파형을 기억하는 파형 기억 장치에 기억된 구동 파형 중에서, 상기 측정 단계에서 측정된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량에 대응하는 구동 파형을 선택하여 상기 선택된 구동 파형을 상기 토출 헤드에 공급하기 위한 파형 결정 단계를 포함한다.
따라서, 구동 파형이 기억 장치에 기억된 복수의 구동 파형 중에서 선택됨으로써, 구동 파형 결정시의 처리를 간단화할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 파형 결정 방법은 상기 액체방울 토출 단계 전에 발생하며, 상기 토출 헤드로부터 상기 전극의 단부 근방을 향하여 액체방울을 토출하는 단계로 이루어진 초기 액체방울 토출 단계를 더 포함하며, 상기 액체방울 토출 단계는 상기 토출 헤드로부터 상기 전극의 대략 중앙을 향하여 액체 방울을 토출시키는 단계를 포함한다.
따라서, 전극의 단부에 액체방울을 부착시키는 초기 액체방울 토출 단계가 제공되고, 압전소자에서 생기는 공진 저항의 변화가 상기 초기 액체방울 토출 단계 및 액체방울 토출 단계의 2단계에서 행해진다. 그 결과, 액체방울의 점도와 질량을 고정밀로 측정할 수 있다.
본 발명은 다양한 실시예들에서 설명한 바와 같이 파형 결정 방법에 의해 결정된 구동 파형을 토출 헤드에 공급하기 위한 액체방울 토출 방법을 더 제공하여, 액체방울을 토출 헤드로부터 토출시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 액체방울 토출 방법을 사용하여 액체방울을 공급하는 제조 공정; 성막 방법을 사용하여 성막하는 제조 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법; 상기 디바이스 제조 방법의 제조 공정을 포함하는 전기 광학 장치를 제조하는 제조 방법; 상기 제조 방법을 사용하여 제조된 전기 광학 장치; 및 전기 광학 장치를 표시부로서 설치한 전자 기기를 제공한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 파형 결정 장치를 구비한 액체방울 토출 장치에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 상기한 액체방울 토출 장치의 일례로서 전기 광학 장치에 포함되는 컬러 필터의 제조에 사용되는 액체방울 토출 장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체방울 토출 장치(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 1에서, 제어부(110)는 CPU(Central Processing Unit) 등을 포함하고, 액체방울 토출 장치(100) 전체를 제어한다. 제어부(110)는 예를 들면 컬러 필터용의 기판(200)의 주사 처리를 제어한다. 또한, 제어부(110)는 측정기(150)(후에 상술함)으로부터 공급되는 정보에 기초하여 구동 파형을 결정하고, 이 결정된 구동 파형에 따라 구동 신호를 토출 헤드(130R, 130G, 130B)에 공급하는 처리를 제어한다.
탱크(120R, 120G, 120B) 각각은 예를 들면 무기 안료에 의해 착색된 아크릴 수지나 폴리우레탄 수지 등의 컬러 필터용의 잉크를 저장한다. 구체적으로는, 탱크(120R)에는 적색 잉크가 저장되고, 탱크(120G)에는 녹색 잉크가 저장되고, 탱크(120B)에는 청색 잉크가 저장된다. 각 색의 잉크는 기판(200)에 도포된 후 건조된 다음, 적색, 녹색 또는 청색의 어느 하나에 대응하는 파장의 광을 선택적으로 투과시키는 역할을 한다.
본 실시예에서는, 설명의 편의상 적색 잉크, 녹색 잉크 및 청색 잉크는 예를 들면 온도 변화에 따른 점도 변화와 같은 거의 동일한 액체 성질을 갖고 있어서, 동일한 조건하에서는 동일한 유체적 상태를 나타낸다. 따라서, 액체방울 토출에 관한 조건이 동일하다면, 액체방울 형성에 사용되는 잉크 색과 상관없이 동일한 양의 액체방울이 토출된다.
토출 헤드(130R)는 가압실, 압전소자(132) 및 노즐을 갖고 있다. 이 중, 가압실은 탱크(120R)의 내부와 연통하여, 탱크(120R)로부터 공급된 적색 잉크를 일시적으로 저장한다. 압전소자(132)는 제어부(110)로부터 공급되는 구동 신호에 따라서 가압실의 내면을 변형시키고, 이에 따라서 가압실 내의 적색 잉크를 증압 또는 감압한다. 압전소자(132)에 의해 적색 잉크에 가해지는 증감압에 따라서 잉크 헤 드(130R)의 노즐로부터 적색 잉크를 액체 방울로서 토출한다.
도 2는 1회의 액체방울 토출을 위해 압전소자(132)에 공급되는 구동 신호를 시계열적으로 규정하기 위한 구동 파형 정보의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 시각 0에서 시각 T1까지의 기간동안에 압전소자(132)에 공급되는 구동 신호는 일정한 값 VM이다. 이 기간동안에, 압전소자(132)는 변형되지 않는다. 시각 T1에서 시각 T2까지의 다음 기간에서, 구동 신호는 VM에서 VH까지 상승한다. 이러한 구동 신호가 공급되면, 압전소자(132)는 압력실 내의 적색 잉크가 감압되도록 변형되어, 탱크(120R)로부터 압력실로 적색 잉크가 유입한다.
다음에, 시각 T2에서 시각 T3까지의 기간동안에, 구동 신호는 일정한 값 VH로 다시 공급되고, 시각 T3에서 T4까지의 다음 기간동안에, 구동 신호는 VH에서 VL까지 하강한다. 이 구동 신호의 하강에 의해 압전소자(132)는 압력실 내의 적색 잉크가 증압하도록 변형된다. 그 결과, 압력실 내의 적색 잉크가 노즐로부터 뿜어 나오는 액체열의 형태로 노즐로부터 토출된다. 이하의 설명에서는, 시각 T3에서 시각 T4까지의 기간을 전압 하강 기간 △T로 칭하고, 상기 전압 하강 기간 △T동안에 하강하는 전압의 양 VH-VL을 전압 하강량 △V로 칭한다.
다음에, 시각 T4에서 시각 T5까지의 기간동안에, 구동 신호는 일정한 값 VL로 공급된다. 시각 T5에서 시각 T6까지의 다음 기간동안에, 구동 신호는 VL에서 VM 까지 상승한다. 이 구동 신호의 상승에 의해 압전소자(132)는 압력실 내의 적색 잉크의 압력이 감소하도록 변형되어, 상기한 전압 하강 기간 △T동안에 일단 토출된 잉크 액체열이 철회되고, 액체열의 일부가 액체방울로서 토출된다.
여기서는, 구동 파형의 전압 하강 기간 △T 또는 전압 하강량 △V를 조정하여 액체방울량을 변경하는 기술에 대해서 설명한다. 전압 하강 기간 △T를 짧게 하면, 용액의 증압에 걸리는 기간이 단축된다. 그 결과, 전압 하강 기간 △T동안에 노즐로부터 토출되는 잉크의 세기가 증가하여, 액체방울량이 증가된다. 그 반대로, 전압 하강 기간 △T를 길게하면, 노즐로부터 토출되는 잉크의 세기가 저하하여, 액체방울량이 감소된다.
전압 하강량 △V를 크게 하면, 잉크의 증압량이 증대되어, 전압 하강 기간 △T동안에 노즐로부터 토출되는 잉크의 양이 증가한다. 그 결과, 액체방울량도 증가한다. 그 반대로, 전압 하강량 △V를 적게 하면, 노즐로부터 토출되는 잉크의 양이 감소하여, 액체방울량이 감소한다. 이 기술은, 예를 들면 노즐 직경 등의 토출 헤드(130R, 130G, 130B)의 기계적인 변경 없이 액체방울량을 변경시킬 수 있기 때문에, 1개의 노즐로부터 다른 양의 액체방울을 선택적으로 토출시키는 경우에 넓리 사용된다.
도 1에서, 토출 헤드(130G)는 토출 헤드(130R)와 동일한 구성을 갖고 있어, 제어부(110)로부터 공급되는 구동 신호에 응답하여 탱크(120G)로부터 공급되는 녹색 잉크를 액체방울로서 토출한다. 마찬가지로, 토출 헤드(130B)도 제어부(110)로부터 공급되는 구동 신호에 응답하여 탱크(120B)로부터 공급되는 청색 잉크를 액체 방울로서 토출한다. 다음에, 토출 헤드(130R), 토출 헤드(130G) 및 토출 헤드(130B) 각각을 특별히 구별할 필요가 없는 경우에는, 토출 헤드(130)로 사용한다.
헤드 카트리지(140)는 제어부(110)의 제어하에 토출 헤드(130)를 액체방울 토출 장치(100)의 부주사 방향(도면중 X 방향)과 평행하게 반송한다.
측정기(150)는 각 토출 헤드(130)로부터 토출된 액체방울의 점도 및 질량을 구한다. 상기 측정기(150)는 펄스 발생부(151), 센서 팁(152), 임피던스 연산부(158), 주파수 카운터(159) 및 연산부(160)를 포함한다. 펄스 발생부(151)는 센서 팁(152)에 펄스 신호를 공급함으로써, 센서 팁(152)에 포함된 압전소자를 진동시킨다.
도 3은 센서 팁(152)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 3에서, 수정 진동자(154)는 예를 들면 AT 커트 수정 진동자 등의 압전소자로서, 그 양면에는 한쌍의 전극(153a, 153b)이 대략 대향하여 부착되어 있다. 절연체(155)는 도전성을 갖는 지지체(156a, 156b)에 의해 수정 진동자(154)가 진동할 수 있도록 상기 수정 진동자(154)를 지지한다. 지지체(156a)는 전극(153a)과 도통함과 동시에 절연체(155)에 고정된 단자(157a)와 도통하고 있다. 마찬가지로, 지지체(156b)는 전극(153b)과 도통함과 동시에, 절연체(155)에 고정된 단자(157b)와 도통하고 있다. 이와 같은 구성으로, 펄스 발생부(151)로부터 출력된 펄스 신호가 단자(157a, 157b)를 통해서 센서 팁(152)에 입력되고, 이에 의해서 수정 진동자(154)가 공진 주파수에서 진동한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 센서 팁(152)은 전극(153a)이 토출 헤드(130)의 액체방울 토출면과 대향하도록 설치되어 있다. 토출 헤드(130)로부터 토출된 액체방울이 낙하하여 전극(153a)에 부착되면, 전극(153a)에 부착한 액체방울의 점도 및 질량을 구한다. 헤드 캐리지(140)는 각 토출 헤드(130)로부터 토출된 액체방울이 전극(153a)의 표면 영역에 낙하하여 전극(153a)에 부착하도록 한 위치까지 각 토출 헤드(130)를 반송할 수 있다.
수정 진동자(154)는 자신에 작용하는 외력이 변하지 않으면, 일정한 공진 주파수로 진동하지만, 전극(153a)에 액체방울이 부착되고, 이에 따라 외력이 변화하면, 그 외력의 변화량에 응답하여 수정 진동자(154)에서의 공진 주파수가 변화한다. 즉, 전극(153a)에 액체방울이 부착되면, 수정 진동자(154)는 그 액체방울의 질량 및 점도에 따른 공진 주파수로 진동하는 특성을 갖고 있다. 측정기(150)는 이 수정 진동자(154)의 특성을 이용하여 액체방울의 질량 및 점도를 구한다.
임피던스 연산부(158)는 수정 진동자의 공진 저항값을 연산에 의해 구하고, 공진 저항값을 나타내는 신호를 연산부(160)에 공급한다. 주파수 카운터(159)는 수정 진동자(154)의 공진 주파수를 검출하고, 그 검출 결과를 나타내는 신호를 연산부(160)에 공급한다.
연산부(160)는 임피던스 연산부(158)로부터 출력된 공진 저항값을 나타내는 신호와, 주파수 카운터(159)로부터 출력된 공진 주파수를 나타내는 신호를 수신한 후, 이 두 신호에 기초하여 이하와 같이 액제방울의 점도 및 질량을 구한다.
공진 저항값 R과 전극(153a)에 부착한 액체방울의 점도 η간의 관계는 하기 식으로 표현할 수 있다.
Figure 112004000705886-pat00001
여기서, K는 압전 재료와 자기변형 재료의 전기기계 결합의 정도를 나타내는 전기기계 결합 정수이고, A는 수정 진동자(154)의 표면적이고, F는 수정 진동자(154)의 기본 주파수이고, ρL은 액체방울(잉크)의 밀도이다.
또한, 액체방울이 전극(153a)에 부착되기 전후에서의 수정 진동자(154)의 공진 주파수 변화량을 △freq로 한 경우, 이 변화량 △freq와 점도 η간의 관계는 하기 식으로 나타난다.
Figure 112004000705886-pat00002
여기서, ρQ는 수정 진동자(154)의 밀도이고, μ는 수정 진동자(154)의 탄성률이다.
전극(153a)에 부착한 액체방울의 질량을 Im로 하면, 질량 Im과 공진 주파수의 변화량 △freq간의 관계는 하기 식과 같이 된다.
Figure 112004000705886-pat00003
여기서 μQ는 AT 커트 수정 진동자 정수이다.
이와 같이 공진 저항값은 액체방울의 점도 η에 따라서 변화한다(식 (1) 참 조). 공진 주파수의 변화량 △freq는 액체방울의 점도 η과 질량 Im에 따라서 변화한다(식 (2) 및 식 (3) 참조). 따라서, 연산부(160)는 주파수 카운터(159)로부터 공급된 공진 주파수를 사용하여 액체방울이 전극(153a)에 부착되기 전후 사이에 수정 진동자(154)의 공진 주파수 변화량 △freq를 연산한다. 이 후, 연산부(160)에서는 임피던스 연산부(158)로부터 공급된 공진 저항값과 상기 연산된 변화량 △freq를 식 (1) 및 식 (2)에 대입하여 액체방울의 점도 η과 함께 잉크의 밀도 ρL을 구한다. 연산부(160)는 또한 변화량 △freq를 식 (3)에 대입하여 액체방울의 질량 Im을 구한다.
따라서, 연산부(160)는 액체방울의 점도 η 및 질량 Im을 구하면 이들을 나타내는 액체방울 정보 ID를 제어부(110)에 공급한다.
기판 캐리지(170)는 컬러 필터용의 기판(200)을 지지하는 동시에, 제어부(110)의 제어 하에, 기판(200)을 토출 헤드(130)에 대하여 부주사 방향(지면에 수직한 방향)으로 반송한다.
기억부(180)는 파형 선택 테이블 TBL과, 파형 데이터 WD를 기억한다. 파형 선택 테이블 TBL은 토출 헤드(130)로부터 시험적으로 토출된 액체방울의 점도 η와 질량 Im에 따라서 토출 헤드(130)로부터 목표 질량의 액체방울을 토출시키기 위한 구동 파형을 규정하는 정보를 기억하기 위한 테이블이다. 한편, 파형 데이터 WD는 파형 선택 테이블 TBL에서 액체방울의 다른 값의 점도 η에 대응하는 구동 파형을 복수 포함한다.
도 4는 기억부(180)에 기억된 파형 선택 테이블 TBL의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타낸 파형 선택 테이블 TBL은 특정한 조건 하에서 토출한 액체방울의 점도 η과 질량 Im에 따라서 토출 헤드(130)로부터 토출되는 액체방울의 질량 Im이 목표값 "10ng(나노그램)"으로 되도록 한 구동 파형(이하, 「적정 구동 파형」이라 함)을 결정하기 위해 사용되는 테이블이다. 또한, 이 테이블에서 규정되는 적정 구동 파형은 질량 목표값 "10ng"의 액체방울을 토출할 수 있도록 미리 실험적으로 설정된 구동 파형이다.
여기서, 파형 선택 테이블 TBL이 전제로 되는 특정한 조건하에서 토출된 액체방울은 전압 하강량 △V가 "25.0v"이고, 전압 하강 기간 △T가 "tc"인 구동 파형(이하, "표준 구동 파형"이라 함)을 토출 헤드(130)에 공급하여 토출된 액체방울이다. 이 표준 구동 파형은 각 잉크의 점도가 "7.0mPa·s(밀리 파스칼 초)이고, 토출 헤드(130R, 130G, 130B)에서 외형 오차 등이 생기지 않도록 하는 이상적인 토출 환경하에서, 토출 헤드(130)로부터 "10ng"의 액체방울을 토출시킬 수 있는 파형이다.
그러나, 실제로는 상술한 바와 같이, 잉크 점도는 일반적으로 온도에 따라 변화하고, 또한 토출 헤드(130)에서도 압전소자(132)의 응답 특성의 오차나 노즐의 외형 오차 및 압력실의 용량 오차 등의 다양한 형태의 오차를 갖고 있다. 따라서, 표준 구동 파형에 따라서 구동 신호를 토출 헤드(130)에 공급함으로써 토출되는 액체방울이 반드시 "10ng"의 액체방울을 형성하는 것은 아니다.
파형 선택 테이블 TBL에서는, 6개 다른 값의 액체방울 점도 "6.0mPa·s", "6.5mPa·s",... 및 "8.5mPa·s" 각각에 파형 데이터 WD에 포함되는 파형 종류 "A", "B",... 및 "F" 각각이 이 순서대로 일대일 대응되도록 연관되어 있다.
도 5는 파형 데이터 WD에 포함된 파형 종류 "A, "B", ... 및 "F"를 나타내는 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 파형 종류 "A, "B",... 및 "F"는 전압 하강 기간 △T가 이 순서대로 짧아지도록 된 구동 파형이다. 즉, ta＞tb＞tc＞td＞te＞tf로 구동할 수 있고, 여기서 "ta"는 파형 종류 "A"의 전압 하강 기간, "tb"는 파형 종류 "B"의 전압 하강 기간, "tc"는 파형 형태 "D'의 전압 하강 기간, "te"는 파형 종류 "E'의 전압 하강 기간, "tf"는 파형 종류 "F"의 전압 하강 기간이다. 따라서, 파형 선택 테이블 TBL에서는, 액체방울의 점도 η이 클수록 전압 하강 기간 △T 내에 노즐로부터 토출되는 잉크의 세기가 증가하도록 설정된다.
파형 선택 테이블 TBL에서는, 9개 다른 값의 질량 Im 및 6개 다른 값의 점도 η가 질량 Im과 점도 η의 총 54개 다른 조합을 형성하고, 이 각 조합은 하나의 전압 하강량 △V와 연관된다. 전압 하강량 △V는 액체방울의 점도 η이 같은 경우, 액체방울의 질량 Im이 커질수록, 전압 하강량 △V는 작아진다. 즉, 액체방울의 점도 η이 같은 경우, 전압 하강량 △V는 액체방울의 질량 Im이 커질수록 전압 하강 기간 △T 내에서 노즐로부터 토출되는 잉크량이 적아지도록 설정된다.
다음에, 액체방울 토출 장치(100)에 의해 기판상에 잉크가 도포되는 컬러 필터용의 기판 및 상기 기판상에 탑재된 성분의 구조물에 대해서 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 유리 등의 광 투과성을 갖는 기판(200)에는 차 광막(210)과 격벽(220)이 기판(200)측으로부터 이 순서대로 적층된다. 한편, 격벽(220)은 예를 들면 아크릴 수지 등으로서, 액체방울 토출 장치(100)에서 적색 잉크가 도포되는 도포 영역(230R), 녹색 잉크가 도포되는 도포 영역(230G) 및 청색 잉크가 도포되는 도포 영역(230B) 각각을 구획하는 역할을 한다.
다음에, 액체방울 토출 장치(100)에 의한 컬러 필터의 패터닝 동작에 대해서 도 7을 참조하여 설명한다. 이 동작은 탱크(120R, 120G, 120B)에 저장되는 각 잉크에 대해서 표준 구동 파형에 따라서 액체방울을 시험적으로 토출시키고, 그 실험적으로 토출시킨 액체방울의 질량 Im과 점도 η에 따라서 "10ng"의 액체방울을 토출하는 것이 가능한 적정 구동 파형을 특정하고, 특정한 적정 구동 파형을 사용하여 컬러 필터의 패터닝을 행하는 처리이다. 액체방울 토출 장치(100)에서는, 우선 기판(200)상의 도포 영역(230R)에 적색 잉크를 도포하고, 다음에 도포 영역(230G)에 녹색 잉크를 도포하고, 최후에 도포 영역(230B)에 청색 잉크를 도포한다.
각 탱크(120R, 120G, 120B)에 저장되는 적색 잉크, 녹색 잉크 및 청색 잉크는 이 순서대로 온도가 낮고, 적색 잉크의 점도는 "6.0mPa·s"이고, 녹색 잉크의 점도는 "7.0mPa·s"이고, 청색 잉크의 점도는 "8.0mPa·s"이다.
우선, 제어부(110)는 토출 헤드(130R)로부터 토출된 액체 방울이 수정 진동자(154)의 전극(153a)의 단부에 부착하도록 헤드 캐리지(140)에 의해 토출 헤드(130R)를 반송한다. 여기서, 전극(153a)의 단부라 함은 예를 들면 도 3에 나타낸 지점 PE를 뜻한다. 계속해서, 제어부(110)는 전압 하강 기간 △T가 "tc"이고, 또한 전압 하강량 △V가 "25.0v"인 표준 구동 파형에 따라서, 토출 헤드(130R) 의 압전소자(132)에 구동 신호를 공급함으로써, 토출 헤드(130R)로부터 전극(153a)의 단부 PE를 향하여 액체방울을 토출시킨다(스텝 S1).
다음에, 제어부(110)는 토출 헤드(130R)로부터 토출된 액체방울이 전극(153a)의 대략 중앙에 부착하도록 헤드 캐리지(140)에 의해 토출 헤드(130R)를 반송한다. 여기서, 전극(153a)의 대략 중앙부라 함은 예를 들면 도 3에 나타낸 지점 PC를 뜻한다. 이어서, 제어부(110)는 표준 구동 파형에 따라서 구동 신호를 토출 헤드(130R)에 공급하여, 토출 헤드(130R)로부터 전극(153a)의 대략 중앙 PC를 향하여 액체방울을 토출시킨다(스텝 S2).
측정기(150)는 스텝 S2에 의해 토출된 액체방울이 전극(153a)의 대략 중앙 PC 지점에 부착하면, 상술한 식 (1), (2) 및 (3)를 사용하여 공진 저항값 R이나 액체방울이 전극에 부착하기 전후 사이에서의 수정 진동자(154)의 공진 주파수의 변화량 △freq에 기초하여 액체방울의 점도 η과 액체방울의 질량 Im을 구하고, 점도 η 및 질량 Im을 나타내는 액체방울 정보 ID를 제어부(110)에 공급한다(스텝 S3).
제어부(110)는 측정기(150)로부터 액체방울 정보 ID를 수신하면, 이 수신한 액체방울 정보 ID에 나타나는 점도 η과 질량 Im에 기초하여 적정 구동 파형을 특정한다.
적정 구동 파형의 특정에 관한 동작을 설명하기 전에, 스텝 S1과 S2에서 2회 액체방울을 토출시켜서 전극(153a)에 액체방울을 부착시킨 후, 스텝 S2에서 형성된 2회째의 액체방울의 점도 η 및 질량 Im에 기초하여 적정 구동 파형을 특정하는 이유에 대해서 설명한다.
그 한가지 이유로는 1회째 토출된 액체방울이 토출 헤드(130)의 노즐 근방에서 생긴 건조 등의 영향에 의해 그 특성이 불안정하게 되는 것이 있다. 다른 이유로는 1회째의 액체방울이 전극에 부착될 때, 수정 진동자(154)의 응답 특성이 안정하지 않는 경향을 갖는데 있다. 1회째에 액체방울을 전극(153a)의 단부 PE에 부착시키는 이유는, 공진 저항값 R이 급격히 변화하면, 액체방울의 질량 Im과 점도 η를 정확히 검출할 수 없기 때문이고, 따라서 단계적으로 공진 저항값 R을 변화시킬 필요가 있다.
다음에, 제어부(110)에 의한 구동 파형을 특정하기 위한 동작에 대해서 설명한다.
본 예에서는, 측정기(150)에 의해서 액체방울의 점도 η "6.0mPa·s" 및 질량 Im "10.3ng"가 구해진다. 표준 구동 파형에 따라 기판(200) 상에 적색 잉크를 패터닝하면, 액체방울 질량의 목표값은 "10ng"인 반면, 실제로 토출되는 액체방울의 질량은 "10.3ng"으로 되어, 적색 잉크의 도포량은 전체적으로 3% 증가하게 된다. 그 결과, 적색 필터의 막 두께가 설계치보다 3% 두꺼워져서, 고품질의 컬러 표시를 제공하지 못하게 된다.
제어부(110)는 측정기(150)로부터 액체방울 ID를 수취하면, 파형 선택 테이블 TBL(도 4 참조)을 참조하여, 수취한 액체방울 정보 ID에 의해 나타낸 액체방울의 점도 η 및 질량 Im에 기초하여 토출 헤드(130)로부터 "10ng"의 액체방울을 토출시키기 위한 적정 구동 파형을 특정한다. 우선, 제어부(110)는 파형 선택 테이블 TBL을 참조하여, 6개의 파형 종류 "A, "B",..."F" 중에서 점도 η "6.0mPa·s" 에 기초하여 파형 종류 "A"를 얻는다. 다음에, 제어부(110)는 파형 선택 테이블 TBL을 참조하여, 전압 하강량 △V를 특정한다. 상세하게는, 제어부(110)는 액체방울의 질량 Im "10.3ng"와 점도 η "6.0mPa·s"에 기초하여 전압 하강량 △V로 "24.4v"를 특정한다. 이어서, 제어부(110)는 적정 구동 파형으로서 파형 종류 "A"와, 전압 하강량 △V "24.2v"를 만족하는 구동 파형을 특정한다(스텝 S4).
다음에, 제어부(110)는 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 헤드 캐리지(140)에 의해 기판(200)에 대해서 토출 헤드(130R)를 주사하고, 스텝 S4에서 특정한 적정 구동 파형에 따라서 토출 헤드(130R)의 압전소자(132)에 구동 신호를 공급한다. 이어서, 토출 헤드(130R)로부터 도포 영역(230R)을 향해서 "10ng"의 액체방울dmf 토출시키고, 따라서 적색 필터의 패터닝이 수행된다(스텝 S5).
"10.3ng"의 액체방울을 토출시키는 표준 구동 파형 대신에, 파형 선택 테이블 TBL을 사용하여 특정된 적정 구동 파형이 적색 잉크를 토출시키기 위해 사용된다. 상술한 바와 같이, 파형 선택 테이블 TBL에는 "10ng"의 액체방울을 토출시키도록 미리 실험적으로 구해진 파형 종류(전압 하강 기간 △T)나 전압 하강량 △V가 다른 값의 점도 η과 질량 Im에 대응하여 저장된다. 이 때문에, 적정 구동 파형에 따라서 토출 헤드(130R)로부터 토출되는 액체방울은 정확히 "10ng"의 값 또는 "10ng"에 충분히 근접한 질량의 액체방울을 갖는다. 그 결과, 기판의 도포 영역(230R) 각각에는 적색 잉크가 목표값과 대략 동일한 질량으로 도포된다. 따라서, 도포 영역(230R)에 도포된 적색 잉크는 건조될 때의 설계치와 대략 동일한 두께를 갖는 적색 컬러 필터를 형성한다.
이와 같이 하여 적색 잉크에 의한 패터닝이 종료하면, 제어부(110)는 모든 색의 잉크에 대해서의 패터닝이 종료하였는 가의 여부를 검출한다(스텝 S6). 이 경우, 녹색 잉크 및 청색 잉크의 패터닝은 종료하지 않는다. 따라서, 제어부(110)는 다음의 색 잉크인 녹색 잉크의 패터닝을 실행하도록 처리 수순을 스텝 S1로 되돌린다.
우선, 제어부(110)는 토출 헤드(130G)로부터 토출된 액체방울이 전극(153a)의 단부에 부착하도록 헤드 캐리지(140)에 의해 토출 헤드(130G)를 반송한다. 다음에, 제어부(110)는 표준 구동 파형에 따른 구동 신호를 토출 헤드(130G)에 공급하여, 토출 헤드(130G)로부터 전극(153a)의 단부 PE를 향하여 액체방울을 토출시킨다(스텝 S1).
다음에, 제어부(110)는 토출 헤드(130G)로부터 토출된 액체방울이 전극(153a)의 대략 중앙 지점에 부착하도록 한 위치까지 헤드 캐리지(140)에 의해 토출 헤드(130G)를 반송한다. 다음에, 제어부(110)는 표준 구동 파형에 따른 구동 신호를 토출 헤드(130G)에 공급하여, 토출 헤드(130G)로부터 전극(153a)의 대략 중앙 지점 PC를 향하여 액체방울을 토출시킨다(스텝 S2).
측정기(150)는 스텝 S2에서 토출된 액체방울이 전극(153a)의 대략 중앙 지점에 부착하면, 공진 저항값 R과 공진 주파수의 변화량 △freq에 기초하여 액체방울의 점도 η과 질량 Im을 구하고, 이렇게 구해진 점도 η과 질량 Im을 나타내는 액체방울 정보 ID를 제어부(110)에 공급한다(스텝 S3).
제어부(110)는, 측정기(150)로부터 액체방울 정보 ID를 수취하면, 수취한 액 체방울 정보 ID에 나타낸 점도 η과 질량 Im을 사용하여 적정 구동 파형을 특정한다. 본 예에서, 액체방울 정보 ID는 질량 Im이 "10.0ng"이고, 점도 η이 "7.0mPa·s"임을 나타낸다.
이 때, 제어부(110)는 파형 선택 테이블 TBL을 참조하여, 점도 η "7.0mPa·s"에 기초하여 파형 종류 "C"를 얻는다. 다음에, 제어부(110)는 파형 선택 테이블 TBL을 참조하여 질량 Im "10.0ng"와 점도 η "7.0mPa·s"에 기초하여 전압 하강량 △V로서 "25.0v"를 얻는다. 제어부(110)는 파형 종류 "C"와 전압 하강량 △V "25.0v"를 만족하는 구동 파형, 즉 표준 구동 파형을 적정 구동 파형으로서 특정한다(스텝 S4).
다음에, 제어부(110)는 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 헤드 캐리지(140)에 의해 기판(200)을 향하여 토출 헤드(130G)를 주사하고, 스텝 S4에서 특정한 적정 구동 신호에 따른 구동 신호를 토출 헤드(130G)에 공급하여, 액체방울이 토출 헤드(130G)로부터 기판(200)의 도포 영역(230G)을 향하여 토출시킨다(스텝 S5). 그 결과, 토출 헤드(130G)로부터 대략 "10ng"의 액체방울이 토출되어, 상기 액체방울이 도포 영역(230G)에 도포되고, 이것에 의해서 녹색 컬러 필터의 패터닝이 행해진다.
이와 같이 하여 녹색 잉크에 의한 패터닝이 종료하면, 제어부(110)는 모든 잉크의 패터닝이 종료하였는 가의 여부를 검출한다(스텝 S6). 이 시점에서는, 청색 잉크의 패터닝이 아직 행해지지 않았다. 따라서, 청색 잉크의 패터닝을 실행하도록 처리 수순을 스텝 S1으로 되돌린다.
제어부(110)는 토출 헤드(130B)로부터 토출된 액체방울이 전극(153a)의 단부 PE에 부착하도록 한 위치까지 헤드 캐리지(140)에 의해 토출 헤드(130B)를 반송한다. 다음에, 제어부(110)는 표준 구동 파형을 토출 헤드(130B)에 공급하여 토출 헤드(130B)로부터 전극(153a)의 단부 PE를 향하여 액체방울을 토출시킨다(스텝 S1).
다음에, 제어부(110)는 토출 헤드(130B)로부터 토출된 액체방울이 전극(153a)의 대략 중앙 지점에 부착하도록 한 위치까지 헤드 캐리지(140)에 의해 토출 헤드(130B)를 반송한다. 이어서, 제어부(110)는 표준 구동 파형에 따른 구동 신호를 토출 헤드(130B)에 공급하여, 토출 헤드(130B)로부터 전극(153a)의 대략 중앙 PC 지점을 향하여 액체방울을 토출한다(스텝 S2).
스텝 S2에 의해 토출된 액체방울이 전극(153a)의 대략 중앙 PC 지점에 부착착하면, 측정기(150)는 액체방울의 공진 저항값 R과 공진 주파수의 변화량 △freq에 기초하여 액체방울의 점도 η과 질량 Im을 구하고, 이렇게 구한 점도 η과 질량 Im을 나타내는 액체방울 정보 ID를 제어부(110)에 공급한다(스텝 S3).
제어부(110)는 측정기(150)로부터 액체방울 정보 ID를 수취하면, 이 수취한 액체방울 정보 ID에 나타나는 점도 η과 질량 Im에 기초하여 적정 구동 파형을 특정한다. 본 예에서, 액체방울 정보 ID는 질량 Im을 "9.5ng"로, 점도 η을 "8.5mPa·s"로 나타낸다.
표준 구동 파형을 사용하여 기판(200)상에 청색 잉크를 패터닝하면, 실제 토출되는 액체방울의 질량은 "9.5ng"인 반면, 목표로 하는 액체방울의 질량은 "10ng" 이다. 즉, 청색 잉크의 도포량은 목표치보다 5% 적다. 그 결과, 컬러 필터에 포함되는 청색 필터는 설계치보다 5% 얇고, 따라서 고품질의 컬러 표시를 달성할 수 없다.
이러한 문제점에 대처하기 위하여, 액체방울 토출 장치(100)는 다음과 같이 하여 적정 구동 파형을 특정하고, 특정한 구동 파형에 따른 구동 신호를 다음과 같이 토출 헤드(130B)에 공급한다. 우선, 제어부(110)는 파형 선택 테이블 TBL을 참조하여 액체방울의 점도 η "8.5mPa·s"에 기초하여 파형 종류 "F"를 특정한다. 제어부(110)는 파형 선택 테이블 TBL을 참조하여, 전압 하강량 △V를 구한다. 상세하게는, 액체방울의 질량 Im "9.5ng"과 점도 η "8.5mPa·s"에 기초하여 전압 강하량 △V "25.5v"를 구한다. 다음에, 제어부(110)는 파형 형태 "F" 및 전압 하강량 △V "28.5v"를 만족하는 구동 파형을 적정 구동 파형으로 특정한다.(스텝 S4).
제어부(110)는 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 헤드 캐리지(140)에 의해 기판(200)에 대하여 토출 헤드(130B)를 주사하고, 스텝 S4에서 특정한 적정 구동 파형에 따른 구동 신호를 토출 헤드(130B)에 공급한다. 그 결과, 토출 헤드(130B)로부터는 "10ng"의 액체방울이 토출되고, 이 액체방울은 도포 영역(230B)에 도포된다. 그 결과, 기판(200)의 도포 영역(230B) 각각에는 설계치와 대략 동일한 막 두께를 갖는 청색 필터가 형성된다.
따라서, 본 실시예에 따른 액체방울 장치(100)에 의하면 액체방울의 질량 Im과 점도 η를 측정하고, 이 측정 결과에 기초하여 토출 헤드(130)에 공급할 적정한 구동 파형을 특정하고, 상기 적정 구동 파형에 따라서 액체방울을 토출 헤드(130) 로부터 토출시킨다. 따라서, 본 실시예에 따른 액체방울 토출 장치(100)는 종래의 액체방울 토출 장치와 비교해서 이하와 같은 이점이 있다.
종래기술에서는, 토출 헤드 근방에 설치된 온도 센서에 의해 검출된 온도로부터 추정된 액체방울의 점도에 기초하여 구동 파형을 결정하고, 이렇게 결정된 구동 파형은 액체방울의 토출이 대략 일정하도록 한다. 상기 기술에서는 온도를 통하여 점도를 근사적으로 구하고 있기 때문에, 추정된 점도에 오차가 생길 가능성이 있다. 또한, 온도 센서의 설치 장소에 따라서 검출되는 온도 자체가 다르기 때문에, 검출 오차가 생길 가능성이 높다.
종래기술과 비교하여, 본 실시예에 따른 액체방울 토출 장치(100)에 의하면, 측정기(150)에 의해 액체방울의 점도 η을 직접 검출한다. 따라서, 검출 에러가 생길 가능성이 낮고, 용액의 특성을 보다 정확하게 확보할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 토출되는 액체방울의 점도 η 외에 질량 Im에 기초하여 구동 파형을 결정하기 때문에, 종래기술과 비교하여 다음과 같은 이점이 있다. 상술한 바와 같이, 액체방울량에 오차가 생기는 요인으로서는 잉크 점도 η의 변화 외에, 압전소자(132)의 응답 특성의 오차나, 노즐 직경의 오차, 압전소자(132)가 부착되는 부분의 내성의 차, 압력실의 용적 오차, 구동 파형을 압전소자(132)에 공급할 때의 전기적 크로스토크 등을 들 수 있다. 또한, 액체방울의 질량은 기압이 낮을수록 적어진다.
따라서, 종래기술과 같이 점도 η만에 기초하여 구동 파형을 결정하면, 그 외 요인의 영향이 고려되지 않기 때문에, 용액의 질량 Im을 충분한 정밀도로 안정 시킬 수 없다. 이에 반하여, 본 발명에 의하면, 액체방울의 점도 η과 질량 Im의 2개의 파라미터가 적정 구동 파형을 결정하기 위해 사용된다. 그래서, 점도 η의 영향을 반영할 뿐만 아니라, 토출 헤드(130R, 130G, 130B)의 외형 오차 등의 영향도 질량 Im에 의해 반영시킬 수 있다. 따라서, 점도 η에만 기초하여 적정 구동 파형을 결정하는 종래기술과 비교하여, 본 발명은 보다 높은 안정성으로 액체방울을 토출시킬 수 있다.
다른 종래의 방법으로서는, 토출 헤드로부터 토출되는 액체방울의 평균 중량을 전자 저울을 사용하여 측정하고, 그 측정값이 따라서 구동 파형을 결정하는 것이 있다. 상기 종래 기술에서는, 토출 헤드의 노즐마다 20,000 내지 50,000의 액체방울을 토출시킨다. 이 토출된 액체방울의 총 중량을 전자 저울에 의해 측정하고, 총 중량을 액체방울 수로 나눔으로써, 한 액체방울의 평균 중량을 구한다. 이렇게 구해진 평균 중량에 기초하여 적정한 구동 파형을 결정한다. 이 기술에 의하면, 단일의 일정한 구동 파형에 의해 액체방울을 토출하는 방법과 비교해서, 액체방울의 안정성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 토출 헤드에는 통상 예를 들어 192개의 노즐의 많은 수의 노즐이 설치되어 있고, 따라서 각 노즐마다 20,000 내지 50,000의 액체방울을 토출하면, 잉크 등의 용액을 대량으로 소비하게 된다.
상기 기술과 비교해서, 본 실시예에 따른 액체방울 토출 장치(100)에 의하면, 공진 주파수의 변화량 △freq와 공진 저항 R에 기초하여 각 액체방울마다 액체방울의 질량 Im을 측정할 수 있다. 따라서, 구동 파형의 결정시에 용액을 대량으로 소비하지 않으므로, 잉크 등의 용액을 보존할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 는, 용액을 대량으로 소비하지 않기 때문에, 액체방울 토출 장치(100)를 사용하여 제조된 제품의 비용을 저감할 수 있고, 적정 구동 파형의 결정을 위해 필요한 시간이 대폭으로 단축될 수도 있다.
또한, 전자 저울을 사용하는 종래기술에서는, 단지 한 액체방울의 평균 중량을 구하고 있기 때문에, 다른 액체방울 사이에서 질량 Im에 오차가 생기고 있는 지의 여부를 결정하는 것이 곤란하였다. 이에 대하여, 액체방울 토출 장치(100)는 각 액체방울의 질량 Im을 구할 수 있고, 다른 액체방울 사이에 존재하는 오차도 용이하게 확인할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 제한되지 않고, 상술한 실시예에 다른 변경이나 개량이 가해질 수 있다.
예를 들면, 상술한 실시예에서는, 액체방울의 질량 Im과 점도 η을 측정하기 위하여 AT 커트 수정 진동자를 사용하였다. 그 대신에, GT-커트 수정 진동자, 탄성 표면파(SAW) 소자 또는 압전 세라믹 소자 등을 사용해도 상기 실시예와 마찬가지로 질량 Im 및 점도 η을 측정할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 액체방울의 점도 η 및 질량 Im을 구하기 위한 관계식의 일례로서 식 (1), 식 (2) 및 식 (3)을 나타내었다. 그러나, 점도 η 및 질량 Im을 구하기 위한 법칙은 상기한 관계식에 한정된 것이 아니고, 정수나 파라미터 등이 다른 또 다른 관계식이나 근사식이 사용될 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 점도 η 및 질량 Im에 기초하여 구동 파형의 "파형 종류"와 "전압 하강량 △V"를 모두 선택할 수 있다. 파형 종류나 전압 하강 량 △V 중 어느 하나를 선택하여 액체방울의 질량 Im의 안정성을 확보해도 좋다.
"파형 종류"와 "전압 하강량 △V" 대신에, 도 2에 나타낸 시각 "T1"과 "T2" 사이의 기간을 조정하여, 토출되는 액체방울의 안정성을 확보할 수 있다. 구체적으로는, 일반적으로 기간 "T2-T1(T2 마이너스 T1)"을 길게 할수록, 탱크(120R, 120G, 120B)로부터 토출 헤드(130G, 130G, 130B)의 각 압력실에 유입하는 잉크량이 증대하고, 그 결과 질량 Im이 보다 큰 액체방울을 토출시킬 수 있다. 따라서, 액체방울의 질량 Im이 목표로 하는 질량 Im보다 작으면, 기간 "T2-T1"을 길게 하고, 액체방울의 질량 Im이 목표로 하는 질량 Im보다 크면, 기간 "T2-T1"을 짧게 해야한다.
또한, 상술한 실시예에서는, 파형 선택 테이블 TBL을 사용하여 적정 구동 파형을 결정하는 예를 나타내었지만, 적정 구동 파형을 결정하는 방법은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 파라미터로서 점도 η과 질량 Im을 가지며, "전압 하강량 △V"를 임의로 특정할 수 있는 함수이면 사용될 수 있다. 이 함수를 사용하여 "전압 하강량 △V"를 특정하고, 그 특정된 전압 하강량 △V에 기초하여 적정 구동 파형을 결정해도 좋다.
액체방울 토출 장치(100)의 용도는 전기 광학 장치에 사용되는 컬러 필터의 패터닝에 한정되지 않고, 다음과 같은 박막층의 형성에 사용될 수 있다. 예를 들면, 유기 EL(electroluminescence) 표시 패널에 포함되는 유기 EL층이나 정공(hole) 주입층 등의 박막 형성에 사용될 수 있다. 구체적으로는, 유기 EL층을 형성하는 경우에는, 예를 들면 폴리디오펜계의 도전성 고분자 물질 등의 유기 EL 재료를 포함하는 액체방울을 기판상에 형성된 격벽에 의해 구획되는 도포 영역을 향해서 토출함으로써, 액체방울을 도포 영역에 도포한다. 이와 같이 도포된 용액이 건조되면, 각 도포 영역에 유기 EL층이 형성된다.
액체방울 토출 장치(100)의 다른 용도로는 플라즈마 디스플레이에 포함되는 투명 전극의 보조 배선이나 IC(integrated circuit) 카드에 포함된 안테나 등의 디바이스의 형성이 있다. 구체적으로는, 테트라데칸 등의 유기 용액에 은 미립자 등의 도전성 미립자를 혼합한 용액을 액체방울 토출 장치(100)에 의해 패터닝한 후, 유기 용액이 건조되면, 금속 박막층이 형성된다.
또한, 액체방울 토출 장치(100)는 3차원 입체 조형에 사용되는 열경화성 수지나 자외선 경화 수지 외에, 마이크로 렌즈 어레이 재료, DNA(deoxyribonucleic acid)와 프로틴 등의 생체 물질 등의 다양한 재료를 포함한 액체방울을 도포할 수 있다.
본 실시예의 액체방울 토출 장치(100)에 의하면, 토출되는 액체방울의 질량 Im의 안정성이 높기 때문에, 이들 재료를 고정밀도로 패터닝할 수 있다. 또한, 질량 Im 및 점도 η을 매 액체방울마다 측정할 수 있기 때문에, 적절한 구동 파형의 결정시에 재료를 대량으로 소비하지 않는다.
전기광학 장치 및 전자 기기
이하, 상술한 액체방울 토출 장치(100)를 사용하여 형성된 컬러 필터를 갖는 전기 광학 장치와, 상기 전기 광학 장치를 표시부로서 적용한 전자 기기에 대해서 설명한다.
도 9는 컬러 필터를 갖는 전기 광학 장치의 단면도이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 전기 광학 장치(240)는 대략적으로 설명하면 관찰자측을 향하여 광을 방출하는 백라이트 기구(242), 이 백라이트 기구(242)로부터 방출되는 광을 선택적으로 투과시키는 패시브형 액정 표시 패널(244)을 갖고 있다. 이 중, 액정 표시 패널(244)은 기판(246), 전극(248), 배향막(250), 스페이서(252), 배향막(254), 전극(256) 및 컬러 필터(260)를 포함한다. 컬러 필터(260)는 이전에 도시한 도면과 비교해서 상하 역으로 나타내었고, 기판(200)은 격벽(220)과 관련해서 상측(관찰자측)에 위치되어 있다. 컬러 필터(260)에 포함되는 적색 컬러 필터(232R), 녹색 컬러 필터(232G) 및 청색 컬러 필터(232B)는 액체방울 토출 장치(100)에 의해 패터닝되고, 설계치와 대략 동일한 두께를 갖고 있다. 또한, 각 컬러 필터(232R, 232G, 232B)의 배면측에는 각 컬러 필터의 보호를 위해 오버코트층(234)이 설치되어 있다. 스페이서(252)를 사이에 두고 서로 대향하고 있는 2개의 배향막(250, 254) 사이에는 액정(253)이 밀봉되어 있다.
액정 구동용 IC(257)는 배선(259) 등을 통해 전극(248, 256)에 구동 신호를 공급한다. 이와 같이 전극(248, 256)에 구동 신호가 공급되면, 대응하는 액정(253)의 배향 상태가 변화한다. 그 결과, 액정 표시 패널(244)에서는 백라이트 기구(242)로부터 방출된 광을 각 컬러 필터(232R, 232G, 232B)에 대응하는 각 영역(보조 화소)마다 선택적으로 투과시킨다.
도 10은 전기 광학 장치(240)를 탑재한 휴대 전화기(300)의 외관도이다. 도 10에서, 휴대 전화기(300)는 복수의 조작 버튼(310) 외에 수화구(320), 송화구(330)와 함께 전화 번호 등의 각종 정보를 표시하기 위한 표시부로서 컬러 필터를 포함한 전기 광학 장치(240)를 구비하고 있다.
또한, 휴대 전화기(300) 이외에도 액체방울 토출 장치(100)를 사용하여 제조된 전기 광학 장치(240)는 컴퓨터나 프로젝터, 디지털 카메라, 무비 카메라, PDA(Personal Digital Assistant), 차량 장착 기기, 복사기 또는 오디오 기기 등의 각종의 전자 기기의 표시부로서 사용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 액체방울을 일정한 질량으로 토출시키기 위한 구동 파형을 결정하는 파형 결정 장치, 상기 파형 결정 장치에 의해 실행되는 파형 결정 방법, 상기 파형 결정 장치를 포함한 액체방울 토출 장치, 상기 파형 결정 방법을 포함한 액체방울 토출 방법, 상기 액체방울 토출 방법을 사용한 성막 방법, 상기 성막 방법을 사용한 디바이스 제조 방법, 상기 디바이스 제조 방법을 사용한 전기 광학 장치의 제조 방법, 상기 전기 광학 장치의 제조를 위한 제조 방법에 의해 제조된 전기 광학 장치, 및 상기 전기 광학 장치를 탑재한 전자 기기를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 구동 파형에 따라서 액체방울을 토출하는 토출 헤드로부터 토출된 액체방울의 점도 및 질량을 측정하는 측정 수단; 및
    상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량에 기초하여 상기 토출 헤드에 공급될 구동 파형을 결정하는 파형 결정 수단을 구비하고,
    상기 측정 수단은,
    전극을 갖는 압전소자(piezoelectric element)로서, 상기 전극에 전압을 인가하여 상기 압전소자를 진동시켜, 전압이 인가되는 동안에 상기 토출 헤드로부터 토출된 상기 액체방울이 상기 전극에 부착되면, 상기 압전소자가 상기 부착된 액체방울의 점도 및 질량에 의존하는 공진 주파수(resonance frequency)에서 진동하고, 또한 상기 압전소자가 상기 부착된 액체방울의 점도에 의존하는 공진 저항값을 나타내는 압전소자;
    상기 토출 헤드로부터 토출된 액체방울이 상기 전극에 부착된 경우에, 상기 압전소자의 공진 저항값을 취득하는 공진 저항값 취득 수단;
    상기 액체방울이 상기 전극에 부착될 때와 상기 액체방울이 상기 전극에 부착되지 않을 때의 상기 압전소자의 공진 주파수의 차이를 취득하는 주파수 변화량 취득 수단; 및
    상기 공진 저항값 취득 수단에 의해 취득된 상기 공진 저항값, 및 상기 주파수 변화량 취득 수단에 의해 취득된 상기 압전소자의 상기 공진 주파수의 차이에 기초하여 상기 전극에 부착된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량을 연산하는 연산 수단
    을 포함하는 파형 결정 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 수단은, 상기 공진 저항값 취득 수단에 의해 취득된 상기 공진 저항값, 및 상기 주파수 변화량 취득 수단에 의해 취득된 상기 압전소자의 상기 공진 주파수의 차이에 기초하여 상기 전극에 부착된 상기 액체방울의 상기 점도를 연산하고, 상기 주파수 변화량 취득 수단에 의해 취득된 상기 공진 주파수의 차이에 기초하여 상기 전극에 부착된 액체방울의 상기 질량을 연산하는 파형 결정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 액체방울은 미리 결정된 표준 구동 파형을 상기 토출 헤드에 공급하는 경우에 토출되고,
    상기 파형 결정 수단은,
    상기 표준 구동 파형에 따라서 상기 토출 헤드로부터 토출된 상기 액체방울의 점도 및 질량에 대응하고, 상기 토출 헤드로부터 대략 일정량의 액체방울을 토 출시키기 위한 복수의 구동 파형을 기억하는 파형 기억 수단; 및
    상기 파형 기억 수단에 기억된 상기 복수의 구동 파형 중에서 상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량에 대응하는 구동 파형을 선택하여 상기 선택된 구동 파형을 공급하기 위한 파형 선택 수단
    을 포함하는 파형 결정 장치.
  5. 구동 파형에 따라 액체방울을 토출하는 토출 헤드; 및
    제 1 항에 따른 파형 결정 장치를 포함하고,
    상기 파형 결정 장치에 의해 결정된 상기 구동 파형은 상기 토출 헤드에 공급되는 액체방울 토출 장치.
  6. 구동 파형에 따라서 액체방울을 토출하는 토출 헤드로부터 토출된 액체방울의 점도 및 질량을 측정하는 측정 단계; 및
    상기 측정 단계에서 측정된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량에 기초하여 상기 토출 헤드에 공급될 구동 파형을 결정하는 파형 결정 단계를 포함하고,
    상기 측정 단계는,
    압전소자의 전극을 향하여 상기 토출 헤드로부터 액체방울을 토출시키는 단계로서, 상기 전극에 전압이 인가된 경우에 상기 압전소자가 진동하게 되어, 전압이 인가되는 동안에 상기 토출 헤드로부터 토출된 액체방울이 상기 전극에 부착되면, 상기 압전소자가 상기 부착된 액체방울의 점도 및 질량에 의존하는 공진 주파수에서 진동하고, 또한 상기 압전소자가 상기 부착된 액체방울의 점도에 의존하는 공진 저항값을 나타내는 액체방울 토출 단계;
    상기 액체방울 토출 단계에서 상기 토출 헤드로부터 토출된 상기 액체방울이 상기 전극에 부착된 경우에, 상기 압전소자의 공진 저항값을 취득하는 공진 저항값 취득 단계;
    상기 액체방울이 상기 전극에 부착될 때와 상기 액체방울이 상기 전극에 부착되지 않을 때의 상기 압전소자의 공진 주파수의 차이를 취득하는 주파수 변화량 취득 단계; 및
    상기 공진 저항값 취득 단계에서 취득된 상기 공진 저항값, 및 상기 주파수 변화량 취득 단계에서 취득된 상기 압전소자의 상기 공진 주파수의 차이에 기초하여 상기 전극에 부착된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량을 연산하는 연산 단계
    를 포함하는 파형 결정 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 연산 단계는, 상기 공진 저항값 취득 단계에서 취득된 상기 공진 저항값, 및 상기 주파수 변화량 취득 단계에서 취득된 상기 압전소자의 상기 공진 주파수의 차이에 기초하여 상기 전극에 부착된 상기 액체방울의 상기 점도를 연산하고, 상기 주파수 변화량 취득 단계에서 취득된 상기 공진 주파수의 차이에 기초하여 상기 전극에 부착된 액체방울의 상기 질량을 연산하는 파형 결정 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 단계에서 측정된 상기 액체방울은 미리 결정된 표준 구동 파형을 상기 토출 헤드에 공급하는 경우에 토출되고,
    상기 파형 결정 단계는, 각각 상기 표준 구동 파형에 따라서 상기 토출 헤드로부터 토출된 상기 액체방울의 점도 및 질량에 대응하고, 상기 토출 헤드로부터 대략 일정량의 액체방울을 토출시키는 파형 기억 장치에 기억된 복수의 구동 파형 중에서, 상기 측정 단계에서 측정된 상기 액체방울의 상기 점도 및 상기 질량에 대응하는 구동 파형을 상기 토출 헤드에 공급될 구동 파형으로서 선택하는 파형 결정 단계를 포함하는 파형 결정 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 액체방울 토출 단계 전에 발생하며, 상기 토출 헤드로부터 상기 전극의 단부 근방을 향하여 액체방울을 토출하는 단계로 이루어진 초기 액체방울 토출 단계를 더 포함하며,
    상기 액체방울 토출 단계는 상기 토출 헤드로부터 상기 전극의 대략 중앙을 향하여 액체방울을 토출시키는 단계를 포함하는 파형 결정 방법.
  11. 제 6 항에 따른 파형 결정 방법에 의해 결정된 상기 구동 파형을 상기 토출 헤드에 공급하여 상기 토출 헤드로부터 액체방울을 토출시키는 단계를 포함하는 액체방울 토출 방법.
  12. 제 11 항에 따른 액체방울 토출 방법에 의해 액체방울을 도포하는 제조 공정을 포함하는 성막 방법.
  13. 제 12 항에 따른 성막 방법에 의해 성막하는 제조 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법.
  14. 제 13 항에 따른 디바이스 제조 방법에 의해 디바이스를 제조하는 제조 공정을 포함하는 전기 광학 장치를 제조하는 제조 방법.
  15. 제 14 항에 따른 전기 광학 장치를 제조하는 제조 방법에 의해 제조되는 전기 광학 장치.
  16. 제 15 항에 따른 전기 광학 장치를 표시부로서 포함하는 전자 기기.
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