KR100563407B1 - 액체방울 토출 헤드의 구동 장치, 제막 장치, 액체방울토출 헤드의 구동 방법, 제막 방법, 전자 기기 및디바이스의 제조 방법 - Google Patents

액체방울 토출 헤드의 구동 장치, 제막 장치, 액체방울토출 헤드의 구동 방법, 제막 방법, 전자 기기 및디바이스의 제조 방법 Download PDF

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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 액체방울 토출 헤드의 구동 장치는 압전 진동자의 열화를 억제하여, 장기(長期)에 걸쳐 액체방울 토출 헤드로부터 안정된 액체방울의 토출을 가능하게 한다. 이 액체방울 토출헤드의 구동 장치는, 소정의 구동 파형에 의해 신축하는 압전 진동자(20)와, 구동 제어 수단으로서의 구동 제어 회로(10)와 구동 파형 생성 회로(30)를 갖는다. 구동 제어 회로(10)는 구동 파형 생성 회로(30)에 의해 생성되는 파형에 기초하여 샤프 에지(sharp edge)가 없는 곡선 파형으로 이루어진 구동 파형을 생성하여, 압전 진동자(20)를 구동한다.
액체방울 토출 헤드, 압전 진동자, 제막 장치

Description

액체방울 토출 헤드의 구동 장치, 제막 장치, 액체방울 토출 헤드의 구동 방법, 제막 방법, 전자 기기 및 디바이스의 제조 방법{DRIVING DEVICE FOR LIQUID DROP EJECTING HEAD, DEVICE FOR FORMING MEMBRANE, METHOD FOR DRIVING LIQUID DROP EJECTING HEAD, METHOD FOR FORMING MEMBRANE, ELECTRONIC APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING DEVICE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 액체방울 토출 헤드의 구동 장치의 회로 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 실시예에 의한 압전 진동자의 구동 파형을 나타내는 도면.
도 3의 (a)∼(c)는 곡선 파형에 가까운 구동 파형 및 미진동(微振動) 파형의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 본 실시예의 제막(製膜) 장치의 개요를 나타내는 모식 사시도.
도 5는 기판 위의 컬러 필터 영역을 나타내는 도면.
도 6의 (a)∼(f)는 컬러 필터 영역의 형성 방법을 공정순으로 설명하기 위한 도면으로서, 이 컬러 필터 영역의 요부(要部) 단면도.
도 7은 유기 EL 소자를 구비한 EL 디스플레이의 일례를 나타내는 회로도.
도 8는 도 7에 나타낸 EL 디스플레이에서의 화소부의 평면 구조를 나타내는 확대 평면도.
도 9의 (a)∼(e)는 유기 EL 소자의 제조 방법을 공정순으로 설명하기 위한 도면으로서, 요부 단면도.
도 10의 (a)∼(c)는 도 9에 연속되는 공정을 차례로 설명하기 위한 요부 단면도.
도 11의 (a)∼(c)는 도 10에 연속되는 공정을 차례로 설명하기 위한 요부 단면도.
도 12은 본 실시예의 광학 소자를 구비한 전자 기기의 일례를 나타내는 도면.
도 13는 본 실시예의 광학 소자를 구비한 전자 기기의 다른 예를 나타내는 도면.
도 14는 본 실시예의 광학 소자를 구비한 전자 기기의 다른 예를 나타내는 도면.
도 15은 종래의 방형파(方形波)에 의한 압전 진동자의 구동 파형을 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
4 : 액체방울 토출 헤드부
10 : 구동 제어 회로
20 : 압전 진동자(piezoelectronic transducer)
30 : 구동 파형 생성 회로
301 : D/A 컨버터
302 : 프리 앰프
303 : 파워 앰프
본 발명은 압전 진동자를 신축시켜 토출부로부터 액체방울을 토출시키는 진동자 구동형 액체방울 토출 헤드의 구동 장치, 제막 장치, 액체방울 토출 헤드의 구동 방법, 제막 방법, 전자 기기 및 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 패널의 제조 장치나 컴퓨터 단말의 인쇄 장치에 이용되는 잉크젯 프린터라고 불리는 액체방울 토출 장치에서는, 압전 진동자의 신축(伸縮) 동작에 의해 액체방울을 토출하는 진동자 구동형의 액체방울 토출 헤드가 사용되고 있다. 압전 진동자는, 예를 들어, 피에조(PZT) 소자 등으로 구성되고, 입력되는 구동 파형(예를 들어, 전압 파형)에 따라 신장, 수축한다.
이렇게 구성된 액체방울 토출 헤드의 구동 장치에서는, 도 15에 나타낸 바와 같은 사다리꼴파로 이루어진 전압 파형에 의해 압전 진동자를 구동하고 있다. 예를 들면, 도 15 중의 전위 Vcom은 압전 진동자의 소정의 인가 전압치이고, 전위 VH는 액체방울 토출 방향에 대하여 압전 진동자를 최대로 수축시키는 전압치인 반면, 전위 VL은 액체방울 토출 방향에 대하여 압전 진동자를 최대로 신장시키는 전압치이다. 적층형의 피에조에서는, 인가 전압을 전위 VH로 했을 때에 액체방울 토출 방향에 대하여 그 피에조가 최대의 수축을 행하고, 인가 전압을 전위 VL로 함으로 써, 그 수축으로부터 해방되어 신장되며, 소위 정지(靜止) 상태의 변위 0를 초과하여, 관성에 의해 액체방울 토출 방향으로 변위한다. 이러한 압전 진동자의 신축 동작에 의해, 액체방울 토출 장치는 액체방울을 토출한다.
여기서, 도 15에 나타낸 전압 파형의 각 기간 T1∼T5에 각각 대응하는 압전 진동자의 동작을 설명한다. 기간 T1에서는, 압전 진동자로의 인가 전압을 전위 Vcom으로부터 전위 VH로 증가시키고 있다. 따라서, 기간 T1에서는 압전 진동자의 신장량 및 압축량이 증가해 간다. 기간 T2에서는, 압전 진동자에 일정 전위 Vh가 인가되므로, 압전 진동자는 일정(최대치)한 신장량 및 압축량으로 되려고 한다. 기간 T3에서는, 인가 전압이 전위 VH로부터 전위 VL로 감소해 가고 있으므로, 압전 진동자의 신장량 및 압축량이 감소해 간다. 기간 T4에서는, 일정 전위 VL이 인가되므로, 압전 진동자는 일정(최소치)한 신장량 및 압축량으로 되려고 한다. 기간 T5에서는, 인가 전압이 전위 VL로부터 전위 Vcom으로 증가되고 있으므로, 압전 진동자의 신장량 및 압축량이 증가해 간다. 이들 기간 T1∼T5가 반복됨으로써, 압전 진동자가 신축 동작하여, 액체방울 토출 장치의 액체방울 토출 헤드로부터 액체방울을 토출한다.
그런데, 압전 진동자는 신장 및 수축이라는 기계적인 동작을 반복하기 때문에, 소자 자체가 피로하여 열화(劣化)되나, 급준한 신축 동작에 따른 열적 부하의 증대, 또는 급준한 신축 상태로부터 정지 상태로의 이행 동작에 따른 기계적 부하의 증대에 의해, 소자의 열화가 가속되어, 수명이 단축된다고 생각된다.
그러나, 상기 종래 기술에 의한 액체방울 토출 헤드의 구동 장치에서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 압전 진동자를 사다리꼴파에 의해 구동시키고 있기 때문에, 파형의 각 변화점 A0∼A5에서 압전 진동자의 동작 상태가 급준히 변화된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 압전 진동자에 대한 기계적 및 열적 부하가 커짐으로써, 소자의 열화가 빨라지고, 장기(長期)에 걸쳐 안정되게 액체방울 토출 헤드로부터 액체방울을 토출할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 압전 진동자의 열화를 억제함으로써 안정된 액체방울의 토출 동작이 장기에 걸쳐 가능한 액체방울 토출 헤드의 구동 장치, 제막 장치, 액체방울 토출 헤드의 구동 방법, 제막 방법, 전자 기기 및 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 액체방울 토출 헤드의 구동 장치는, 압전 진동자를 갖고, 소정의 구동 파형을 상기 압전 진동자에 인가하여 토출부로부터 액체방울을 토출시키는 액체방울 토출 헤드의 구동 장치에 있어서, 상기 압전 진동자를 곡선 형상으로 이루어지는 구동 파형에 의해 구동하는 구동 제어 수단을 구비한다.
이 액체방울 토출 헤드의 구동 장치에 의하면, 구동 제어 수단이, 압전 진동자를 곡선 파형으로 이루어지는 구동 파형에 의해 구동하므로, 압전 진동자는 곡선적인 구동 파형에 의해 신축 동작이 완만해져, 기계적, 열적 부하의 증대가 억제된다.
따라서, 이 액체방울 토출 헤드의 구동 장치에 의하면, 구동 제어 수단이, 압전 진동자를 곡선 형태로 이루어지는 구동 파형에 의해 구동하므로, 압전 진동자에서는 곡선적인 구동 파형에 의해 신축 동작이 완만해져, 기계적, 열적 부하의 증대가 억제된다. 이에 따라, 압전 진동자의 열화를 저감할 수 있고, 수명 장기화를 도모할 수 있다. 이에 따라, 장기에 걸쳐 액체방울 토출 헤드로부터 안정된 액체방울을 토출할 수 있다.
상기 구동 파형은 샤프 에지(sharp edge)가 없는 파형인 것이 바람직하다.
이 액체방울 토출 헤드의 구동 장치에 의하면, 압전 진동자가 샤프 에지에 의한 급준한 변화점이 없는 구동 파형에 의해 구동되므로, 압전 진동자의 동작 상태의 변화가 완만해져, 기계적, 열적 부하의 증대가 억제된다. 또한, 샤프 에지란, 예를 들면 도 2의 전압 파형에서의 변화점 A0∼A5의 것이고, 압전 진동자로의 인가 전압이 급준하게 변화하는 점이다.
이와 같이, 구동 파형을 샤프 에지가 없는 파형으로 하면, 압전 진동자가 급준한 변화점이 없는 구동 파형에 의해 구동되도록 되므로, 압전 진동자의 동작 상태의 변화가 완만해져, 보다 효과적으로 기계적, 열적 부하의 증대를 억제할 수 있다. 따라서, 장기에 걸쳐 액체방울 토출 헤드로부터 안정된 액체방울을 토출할 수 있다.
상기 구동 파형은 파형 변환 수단에 의해 사각형 형상 또는 사다리꼴 형상의 방형파(方形波)로부터 변환되어 생성되는 파형인 것이 바람직하다.
이 액체방울 토출 헤드의 구동 장치에 의하면, 구동 파형이 사각형 형상 또는 사다리꼴 형상의 방형파에 기초하여 생성되므로, 기존의 구동 장치에서 생성된 방형파를 이용하여 곡선 파형으로 이루어지는 구동 파형을 저렴하게 생성할 수 있다.
이와 같이, 구동 파형을 사각형 형상 또는 사다리꼴 형상의 방형파에 기초하여 생성되도록 하면, 기존의 구동 장치에서 생성된 방형파를 이용하여 곡선 파형으로 이루어지는 구동 파형을 저렴하게 생성할 수 있다. 따라서, 기존의 구동 장치를 이용하여, 장기에 걸쳐 액체방울 토출 헤드로부터 안정된 액체방울을 토출할 수 있는 액체방울 토출 헤드의 구동 장치를 저렴하게 제공할 수 있다.
또한, 상기 구동 파형은 상기 액체방울을 토출시키기 위한 토출 파형과, 상기 액체방울이 토출되지 않을 정도로 상기 압전 진동자를 미진동(微振動)시키는 미진동 파형을 포함하는 것이 바람직하다.
이 액체방울 토출 헤드의 구동 장치에 의하면, 액체방울을 토출할 때의 토출 파형 뿐만 아니라, 기능성 액체의 건조에 의한 토출 불안정 및 노즐 구멍의 막힘을 방지하기 위해서 압전 진동자를 미진동시키는 미진동 파형도 곡선 파형으로 할 수 있다. 이에 따라, 기계적인 부하나 그에 수반하는 열적인 부하를 경감할 수 있고, 압전 진동자의 열화를 억제하여 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 제막 장치는, 상기 액체방울 토출 헤드의 구동 장치를 구비하고, 상기 액체방울 토출 헤드로부터 기능성 액체를 토출하여 피(被)처리물의 소정 개소에 제막 처리를 행한다.
이 제막 장치에 의하면, 기계적 및 열적 부하가 적은 압전 진동자를 사용하여 구성된 액체방울 토출 헤드를 제막 장치가 구비하고 있기 때문에, 장기에 걸쳐 안정되게 액체방울을 토출할 수 있다.
이 제막 장치는 컬러 필터를 제조하는 장치인 것이 바람직하다.
이 제막 장치에 의하면, 장기에 걸쳐 안정되게 액체방울을 토출할 수 있는 제막 장치가 컬러 필터의 제조에 적용되는 것이기도 하므로, 종래보다도 높은 정밀도로 막 두께, 평탄도, 형성 위치 등이 제어된 막으로 이루어진 고품위의 컬러 필터를 저렴하게 제조할 수 있게 된다.
이 제막 장치는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 구성요소로 되는 막을 제막하는 장치인 것이 바람직하다.
이 제막 장치에 의하면, 장기에 걸쳐 안정되게 액체방울을 토출할 수 있는 제막 장치가 유기 일렉트로루미네선스(EL) 소자의 제조에 적용되는 것이기도 하므로, 종래보다도 높은 정밀도로 막 두께, 평탄도, 형성 위치 등이 제어된 막으로 이루어진 고품위의 유기 EL 소자(장치)를 저렴하게 제조할 수 있게 된다.
이 제막 장치는 상기 액체방울 토출 헤드로부터 금속 미립자를 함유하는 액상체를 토출하는 것으로서, 상기 액상체를 소망면에 토출함으로써 금속 배선으로 되는 막을 제막하는 장치인 것이 바람직하다.
이 제막 장치에 의하면, 장기에 걸쳐 안정되게 액체방울을 토출할 수 있는 제막 장치를 금속 배선으로 되는 막의 제조에 적용되는 것이기도 하므로, 종래보다도 높은 정밀도로 막 두께, 평탄도, 형성 위치 등이 제어된 막으로 이루어지는 금속 배선, 즉 단선될 확률이 낮고 고밀도로 배치할 수 있는 금속 배선을 저렴하게 제조할 수 있게 된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 액체방울 토출 헤드의 구동 방법은, 소정의 구동 파형에 의해 압전 진동자를 신축시켜 토출부로부터 액체방울을 토출시키는 액체방울 토출 헤드의 구동 방법에 있어서, 상기 압전 진동자를 곡선 파형으로 이루어지는 상기 구동 파형에 의해 구동하는 처리를 갖는다.
이 액체방울 토출 헤드의 구동 방법에 의하면, 압전 진동자가 곡선 파형으로 이루어지는 구동 파형에 의해 구동되므로, 압전 진동자가 곡선적인 구동 파형에 의해 신축 동작이 완만해져, 기계적, 열적 부하의 증대가 억제된다.
따라서, 이 액체방울 토출 헤드의 구동 방법에 의하면, 압전 진동자가 곡선 형태로 이루어지는 구동 파형에 의해 구동되므로, 압전 진동자는 곡선적인 구동 파형에 의해 신축 동작이 완만해져, 기계적, 열적 부하의 증대가 억제된다. 이에 따라, 압전 진동자의 열화를 저감할 수 있고, 수명 장기화를 도모할 수 있다. 따라서, 이 액체방울 토출 헤드의 구동 방법을 이용함으로써, 장기에 걸쳐 액체방울 토출 헤드로부터 안정된 액체방울을 토출할 수 있다는 효과를 나타낼 수 있다.
상기 구동 파형은 샤프 에지가 없는 파형인 것이 바람직하다.
이 액체방울 토출 헤드의 구동 방법에 의하면, 압전 진동자가 샤프 에지에 의한 급준한 변화점이 없는 구동 파형에 의해 구동되므로, 압전 진동자의 동작 상태의 변화가 완만해져, 기계적, 열적 부하의 증대가 억제된다.
이와 같이, 구동 파형을 샤프 에지가 없는 파형으로 하면, 압전 진동자가 급준한 변화점이 없는 구동 파형에 의해 구동되므로, 압전 진동자의 동작 상태의 변화가 완만해져, 보다 효과적으로 기계적, 열적 부하의 증대를 억제할 수 있다. 따 라서, 이 액체방울 토출 헤드의 구동 방법을 이용함으로써, 장기에 걸쳐 액체방울 토출 헤드로부터 안정된 액체방울을 토출할 수 있다는 효과를 나타낼 수 있다.
상기 구동 파형은 사각형 형상 또는 사다리꼴 형상의 방형파에 기초하여 생성되는 파형인 것이 바람직하다.
이 액체방울 토출 헤드의 구동 방법에 의하면, 구동 파형이 사각형 형상 또는 사다리꼴 형상의 방형파에 기초하여 생성되므로, 기존의 구동 방법에 의하여 생성된 방형파를 이용하여 곡선 파형으로 이루어지는 구동 파형을 저렴하게 생성할 수 있다.
이와 같이, 구동 파형을 사각형 형상 또는 사다리꼴 형상의 방형파에 기초하여 생성되도록 하면, 기존의 구동 장치에서 생성된 방형파를 이용하여 곡선 파형으로 이루어지는 구동 파형을 저렴하게 생성할 수 있다. 따라서, 기존의 구동 장치를 이용하여, 장기에 걸쳐 액체방울 토출 헤드로부터 안정된 액체방울을 토출할 수 있는 액체방울 토출 헤드의 구동 방법을 저렴하게 제공할 수 있다.
상기 구동 파형은 상기 액체방울을 토출시키기 위한 토출 파형과, 상기 액체방울이 토출되지 않을 정도로 상기 압전 진동자를 미진동시키는 미진동 파형을 포함하는 것이 바람직하다.
이 액체방울 토출 헤드의 구동 방법에 의하면, 액체방울을 토출할 때의 토출 파형 뿐만 아니라, 기능성 액체의 건조에 의한 토출 불안정 및 노즐 구멍의 막힘을 방지하기 위해서 압전 진동자를 미진동시키는 미진동 파형도 곡선 파형으로 할 수 있다. 이에 따라, 기계적인 부하나 그에 수반하는 열적인 부하를 경감할 수 있고, 압전 진동자의 열화를 억제하여 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 제막 방법은, 상기 액체방울 토출 헤드의 구동 방법을 이용하여 제막한다.
이 제막 방법에 의하면, 액체방울 토출 헤드의 압전 진동자에 인가되는 기계적, 열적 부하가 적은 구동 방법을 이용하여 제막하므로, 장기에 걸쳐 안정된 액체방울 토출에 의하여 제막할 수 있고, 장기에 걸쳐 고품위의 제막을 행할 수 있다.
이 제막 방법은 컬러 필터의 구성요소로 되는 막을 제막할 때에 이용되는 것이 바람직하다.
이 제막 방법에 의하면, 장기에 걸쳐 안정되게 액체방울을 토출할 수 있는 제막 방법을 이용하여 컬러 필터를 제조하므로, 종래보다도 높은 정밀도로 막 두께, 평탄도, 형성 위치 등이 제어된 막으로 이루어진 고품위의 컬러 필터를 저렴하게 제조할 수 있게 된다.
이 제막 방법은 유기 일렉트로루미네선스(EL) 소자의 구성요소로 되는 막을 제막할 때에 이용되는 것이 바람직하다.
이 제막 방법에 의하면, 장기에 걸쳐 안정되게 제막할 수 있는 제막 방법을 이용하여 유기 EL 소자를 제조하므로, 종래보다도 높은 정밀도로 막 두께, 평탄도, 형성 위치 등이 제어된 막으로 이루어진 고품위의 유기 EL 소자를 저렴하게 제조할 수 있게 된다.
이 제막 방법은 상기 액체방울 토출 헤드로부터 금속 미립자를 함유하는 액상체를 소망면에 토출함으로써, 금속 배선으로 되는 막을 제막하는 것이 바람직하 다.
이 제막 방법에 의하면, 장기에 걸쳐 안정되게 제막할 수 있는 제막 방법을 이용하여 금속 배선으로 되는 막을 제조하므로, 종래보다도 높은 정밀도로 막 두께, 평탄도, 형성 위치 등이 제어된 막으로 이루어지는 금속 배선, 즉 단선될 확률이 낮고 고밀도로 배치할 수 있는 금속 배선을 저렴하게 제조할 수 있게 된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 전자 기기는, 상기 제막 방법을 이용하여 제조된 디바이스를 구비한다.
이 전자 기기에 의하면, 종래보다도 높은 정밀도로 막 두께, 평탄도, 평성 위치 등이 제어된 막으로 이루어지는 전자 기기를 제공할 수 있으므로, 문제가 발생할 확률이 종래보다도 낮고, 고기능이면서 보다 고밀도화된 전자 디바이스 또는 광학 디바이스 등을 포함하여 이루어지는 전자 기기를 저비용으로 신속하게 제공할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 디바이스의 제조 방법은, 기판 위의 소정 개소에 기능성 액체를 도포하여 제조하는 디바이스의 제조 방법에 있어서, 상기 액체방울 토출 헤드의 구동 방법을 이용하여, 상기 액체방울 토출 헤드로부터 상기 기능성 액체를 상기 기판의 소정 개소에 토출하는 공정을 갖는다.
이 디바이스의 제조 방법에 의하면, 종래보다도 높은 정밀도로 막 두께, 평탄도, 형성 위치 등이 제어된 막으로 이루어지는 디바이스를 제조할 수 있으므로, 문제가 발생할 확률이 종래보다도 낮고, 고기능이면서 보다 고밀도화된 디바이스를 저비용으로 신속하게 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시예에 의한 액체방울 토출 헤드의 구동 장치의 회로 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 액체방울 토출 헤드의 구동 장치는 구동 제어 수단으로서의 구동 제어 회로(10)와, 구동 제어 회로(10)로부터 공급되는 구동 파형에 의해 신축되어, 액체방울 토출 헤드의 토출부로부터 액체방울을 토출시키는 피에조(PZT) 소자 등으로 이루어진 압전 진동자(20)와, 사다리꼴 형상의 방형파인 종래의 구동 파형을 생성하는 구동 파형 생성 회로(30)로 구성되어 있다.
또한, 구동 파형 생성 회로(30)는 D/A 컨버터(301), 프리 앰프(302)와 파워 앰프(303)로 구성되지만, 이들은 종래의 구동 파형 생성 회로와 동일하게 구성될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 이 구동 파형 생성 회로(30)에서 생성된 구동 파형은 구동 제어 회로(10)로 공급된다. 또한, 구동 제어 회로(10)와 압전 진동자(20)는 토출부를 구비하는 액체방울 토출 헤드부(4)측에 설치되어 있다. 한편, 구동 파형 생성 회로(30)는 본 실시예에 의한 액체방울 토출 헤드를 이용한 액체방울 토출 장치(제막 장치) 본체측에 설치되어 있다. 그리고, 구동 제어 회로(10)와 구동 파형 생성 회로(30) 사이에는, 예를 들면 FFC(Flexible Flat Cable) 등에 의해 접속되어 있다. 그리고, 파워 앰프(303)의 출력이 FFC를 통하여 구동 제어 회로(10)로 보내진다.
여기서, 구동 파형 생성 회로(30)로부터 FFC를 통하여 액체방울 토출 헤드부(4)에 설치된 압전 진동자(20)에 부여하는 구동 파형은, 대별(大別)하여 액 체방울 토출 헤드부(4)로부터 액체방울을 토출시키기 위한 토출 파형과, 압전 진동자(20)를 미진동시키기 위한 미진동 파형이 있다. 상기 토출 파형은 소정량의 액체방울을 토출시키기 위해 최대 전위 및 최소 전위, 파형 형상이 규정된 파형이다. 한편, 미진동 파형은 액체방울 토출 헤드부(4)의 노즐 구멍에서 토출용 액체가 건조되어 토출 불안정이 생기거나 막히는 것을 방지하기 위해, 액체방울 토출 헤드부(4)로부터 액체방울이 토출되지 않을 정도로 압전 진동자(20)를 미진동시킴으로써, 노즐 구멍에서의 토출액(기능성 액체)의 액면(液面)(메니스커스)을 미진동시키기 위한 파형이다.
또한, 미진동 파형은 압전 진동자(20)에 인가하는 타이밍에 따라 이하의 4종류로 분류된다. 즉, 액체방울 토출 장치의 전원 투입 상태에서 항상 압전 진동자(20)를 미진동시키는 상시(常時) 미진동 파형, 액체방울 토출 전에 압전 진동자(20)를 미진동시키는 토출전 미진동 파형, 액체방울 토출 중에 압전 진동자(20)를 미진동시키는 토출중 미진동 파형, 및 액체방울 토출 후에 압전 진동자(20)를 미진동시키는 토출후 미진동 파형이다. 액체방울 토출 헤드부(4)에 토출 파형을 부여할지, 또는 미진동 파형을 부여할지에 대해서는, 아날로그 스위치 TG가 선택한다.
본 실시예에서는, 구동 제어 회로(10)가, 파형 변환 수단으로서 구동 파형 생성 회로(30)의 출력과 직렬로 접속된, 주로 FFC의 인덕터 성분인 인덕터 L과, 인덕터 L을 통하여 입력되는 구동 파형에 의해 압전 진동자(20)를 구동하는 아날로그 스위치 TG로 구성된다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 액체방울 토출 헤드의 구동 장치에서는, 인덕터 L과 등가적으로 커패시턴스 C로서 나타내는 압전 진동자(20)로 구성되는 저역 통과형 LC 필터에 의해, 도 2에 나타낸 바와 같이 구동 파형 생성 회로(30)에 의해 생성된 사다리꼴 형상의 방형파(a)가 곡선 파형으로 되는 구동 파형(b)으로 되어 압전 진동자(20)의 단자 간에 인가된다. 또한, 사다리꼴 형상의 방형파에서의 변화점 A0∼A5는 없고, 완만한 곡선으로 변화된다. 즉, 압전 진동자(20)로의 인가 전압이 급준하게 변화하는 변화점인 샤프 에지(방형파(a)의 변화점 A0∼A5)가 구동 파형(b)에서는 없어지고 있다.
이렇게 하여, 곡선 파형에 의해 구동되는 압전 진동자(20)에서는, 사다리꼴 형상의 방형파에 의해 구동되는 경우에 비해서, 기계적인 부하나 그에 수반하는 열적인 부하가 경감되고, 압전 진동자(20)의 열화가 억제되어 수명이 연장된다. 따라서, 액체방울 토출 헤드부(4)로부터 장기에 걸쳐 안정되게 액체방울을 토출할 수 있게 된다. 또한, 인덕터 L이나 저항 R의 값은 압전 진동자(20)에서의 등가적인 커패시턴스 C나, 구동 파형의 주파수에 따라서 최적화한 값을 이용하는 것이 바람직하다.
이상, 사다리꼴 형상의 구동 파형을 곡선 파형에 가까운 구동 파형로 변환하고, 이 구동 파형에 의해 압전 진동자(20)를 구동시키는 방법에 대해서 설명했으나, 상술한 바와 같이 구동 파형은 액체방울을 토출시키기 위한 토출 파형과, 노즐 구멍의 막힘 방지 및 토출 불안정 방지를 위한 미진동 파형으로 대별된다. 상술한 구동 파형을 곡선 파형으로 하는 방법은, 토출 파형을 곡선 파형으로 할 뿐만 아니 라 미진동 파형을 곡선 파형으로 하기 위해서도 이용된다. 도 3의 (a)∼(c)는 곡선 파형에 가까운 구동 파형 및 미진동 파형의 일례를 나타내는 도면으로서, 도 3의 (a)는 곡선 파형에 가까운 토출 파형을 나타내는 도면이고, 도 3의 (b)는 곡선 파형에 가까운 미진동 파형을 나타내는 도면이며, 도 3의 (c)는 곡선 파형에 가까운 토출 파형과 미진동 파형을 합성한 도면이다.
도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 토출 파형 w1은 매크로적으로 보아 전체적으로 곡선에 가까운 파형으로 되어 있다. 또한, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 미진동 파형 w2도 토출 파형 w1과 동일하게, 매크로적으로 보아 곡선에 가까운 파형으로 되어 있다. 또한, 도 3의 (c)에 있어서는, 액체방울 토출 기간 T10 전에 미진동 파형 w2가 압전 진동자(20)에 공급되고, 액체방울 토출 기간 T10 내에서는 토출 파형 w1만이 압전 진동자(20)에 공급되는 구동 파형을 예로 들어 나타낸다. 또한, 도 3의 (c)에 나타낸 액체방울 토출 기간 T10 전에서의 미진동 파형(토출전 미진동 파형)만이 곡선 파형에 가까운 파형으로 되는 것이 아니라, 상술한 상시 미진동 파형, 토출중 미진동 파형, 및 토출후 미진동 파형도 매크로적으로 보아 곡선에 가까운 파형으로 된다.
이와 같이, 본 실시예에 의한 액체방울 토출 헤드의 구동 장치에 의하면, 미진동 파형에 대해서도 곡선 파형으로 되기 때문에, 사다리꼴 형상의 방형파에 의해 구동시키는 경우와 비교하여, 기계적인 부하나 그것에 수반하는 열적인 부하를 경감할 수 있고, 압전 진동자(20)의 열화를 억제하여 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 또한, 본 실시예에서는 구동 파형 생성 회로(30)로부터 액체방울 토출 헤드부(4)를 본 때의 임피던스는, 사다리꼴 형상의 구동 파형을 곡선 파형에 가까운 구동 파형으로 변환하는 FFC 분만큼 크게 되어 있다. 이 때문에, 압전 진동자(20)에 공급되는 전류는 FFC의 임피던스 분만큼 작게 되어, 압전 진동자(20)의 수명 장기화를 도모할 수 있다.
(적용예)
다음으로, 상기 실시예의 액체방울 토출 헤드의 구동 장치를 구비하여 이루어진 제막 장치(액체방울 토출 장치)에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 실시예의 제막 장치의 개요를 나타내는 모식 사시도이다.
이 제막 장치(1)는, 예를 들어, 컬러 필터 제조용의 것이며, 베이스 가대(架臺)(2) 위에 탑재된 X방향 및 Y방향으로 이동 가능한 XY 테이블(3)과, 이 XY 테이블(3)의 위쪽에 설치된 액체방울 토출 헤드부(4)를 구비하여 구성된 것이다.
XY 테이블(3) 위에는, 예를 들어, 블랙 매트릭스가 형성되고 미(未)착색 상태의 기판(S)이 탑재된다. 액체방울 토출 헤드부(4)는 가대(5)에 설치된 지지부재(6)에 부착된 것이며, 적색, 청색, 녹색의 각색 잉크를 각각 토출하는 각색용의 독립된 헤드(4a…)를 구비한 것이다. 이들 각 헤드(4a…)에는 각각 독립적으로 잉크 공급 튜브(7a) 및 전기 신호용 케이블(FFC 등, 도시 생략)이 접속되어 있다.
잉크 공급 튜브(7a)의 다른쪽 단부에는 3방 밸브(cross valve), 용존산소계 등을 포함하는 밸브 박스(8)를 통하여 잉크 공급 유닛(9)이 접속되어 있다.
이러한 구성을 기본으로 하여, 이 제막 장치(1)는 탱크 내의 잉크를 잉크 공 급 튜브(7b), 밸브 박스(8), 잉크 공급 튜브(7a)를 통하여 액체방울 토출 헤드부(4)에 이송함으로써, 이곳으로부터 토출하여 기판(S) 위에 도포하게 되어 있다.
그리고, 제막 장치(1)는 도 1 등에 나타낸 바와 같이, 압전 진동자(20)에 가하는 기계적 및 열적 부하가 적은 액체방울 토출 헤드부(4)를 구비하고 있기 때문에, 장기에 걸쳐 안정되게 액체방울을 토출할 수 있다.
이러한 구성의 제막 장치(1)에 의해, 기판(S)에 잉크를 토출하여 컬러 필터를 제조하기 위해서는, 우선, 기판(S)을 XY 테이블(3) 위의 소정 위치에 설치한다. 여기서, 기판(S)으로서는, 적당한 기계적 강도를 갖는 동시에, 광투과성이 높은 투명 기판이 사용된다. 구체적으로는, 투명 유리 기판, 아크릴 유리, 플라스틱 기판, 플라스틱 필름 및 이들의 표면 처리품 등이 사용된다.
또한, 본 예에서는, 예를 들어 도 5에 나타낸 바와 같이 직사각형 형상의 기판(S) 위에 생산성을 향상시키는 관점에서 복수개의 컬러 필터 영역(51)을 매트릭스 형상으로 형성한다. 이들 컬러 필터 영역(51)은 나중에 기판(S)을 절단함으로써, 액정 표시 장치에 적합한 컬러 필터로서 사용할 수 있다. 또한, 컬러 필터 영역(51)으로서는, 도 5에 나타낸 바와 같이 R의 잉크, G의 잉크, 및 B의 잉크를 각각 소정의 패턴, 본 예에서는 종래 공지의 스트라이프형으로 형성하여 배치한다. 또한, 이 형성 패턴으로서는, 스트라이프형 이외에, 모자이크형이나 델타형 또는 스퀘어형 등으로 할 수도 있다.
이러한 컬러 필터 영역(51)을 형성하기 위해서는, 우선, 도 6의 (a)에 나타 낸 바와 같이 투명한 기판(S)의 한쪽 면에 대하여 블랙 매트릭스(52)를 형성한다. 이 블랙 매트릭스(52)의 형성 방법으로서는, 광투과성이 없는 수지(바람직하게는 흑색)를 스핀 코팅 등의 방법에 의해 소정의 두께(예를 들어, 2㎛ 정도)로 도포함으로써 행한다. 이 블랙 매트릭스(52)의 격자로 둘러싸인 최소의 표시 요소, 즉, 필터 소자(53)에 대해서는, 예를 들어, X축 방향의 폭을 30㎛, Y축 방향의 길이를 100㎛ 정도로 한다.
다음으로, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 액체방울 토출 헤드부(4)로부터 잉크방울(액체방울)(54)을 토출하고, 이것을 필터 소자(53)에 착탄(着彈)시킨다. 토출하는 잉크방울(54)의 양에 대해서는, 가열 공정에서의 잉크의 부피 감소를 고려하여 충분한 양으로 한다.
이렇게 하여 기판(S) 위의 모든 필터 소자(53)에 잉크방울(54)을 충전하면, 히터를 이용하여 기판(S)이 소정의 온도(예를 들어, 70℃ 정도)로 되도록 가열 처리한다. 이 가열 처리에 의해, 잉크의 용매가 증발되어 잉크의 부피가 감소한다. 이 부피 감소가 심할 경우에는, 컬러 필터로서 충분한 잉크막의 두께가 얻어질 때까지, 잉크 토출 공정과 가열 공정을 반복한다. 이 처리에 의해, 잉크에 함유되는 용매가 증발되어, 최종적으로 잉크에 함유되는 고형분만이 잔류되어 막화(膜化)하여, 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이 컬러 필터(55)로 된다.
이어서, 기판(S)을 평탄화하고, 또한, 컬러 필터(55)를 보호하기 위해, 도 6의 (d)에 나타낸 바와 같이 컬러 필터(55)나 블랙 매트릭스(52)를 덮도록, 기판(S) 위에 보호막(56)을 형성한다. 이 보호막(56)의 형성 시에는 스핀 코팅법, 롤 코팅 법, 리핑법 등의 방법을 채용할 수도 있으나, 컬러 필터(55)의 경우와 동일하게, 도 4에 나타낸 제막 장치(1)를 사용하여 행할 수도 있다.
이어서, 도 6의 (e)에 나타낸 바와 같이, 이 보호막(56)의 전면(全面)에 스퍼터링법이나 진공 증착법 등에 의해 투명 도전막(57)을 형성한다. 그 후, 투명 도전막(57)을 패터닝하고, 화소 전극(58)을 상기 필터 소자(53)에 대응시켜 패터닝한다. 또한, 액정 표시 패널의 구동에 TFT(Thin Film Transistor)를 사용할 경우에는, 이 패터닝은 이용하지 않게 된다.
이러한 제막 장치(1)에 의한 컬러 필터의 제조 시에는, 장기에 걸쳐 안정되게 액체방울을 토출할 수 있는 제막 장치(1)를 사용하여 제조하기 때문에, 종래보다도 높은 정밀도로 막 두께, 평탄도, 형성 위치 등이 제어된 막으로 이루어진 고품위의 컬러 필터를 저렴하게 제조할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 제막 장치(1)는 도 4에 나타낸 구성에 한정되지 않고, 특히 액체방울 토출 헤드부(4)의 구성은 3개의 헤드(4a)를 구비한 구성일 필요는 없다.
또한, 상기 제막 장치(1)는 유기 EL 소자의 구성요소로 되는 박막의 형성에도 사용할 수 있다. 도 7 및 도 8는 이러한 유기 EL 소자를 구비한 EL 디스플레이의 일례의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도면에서 부호 70은 EL 디스플레이이다.
이 EL 디스플레이(70)는, 회로도인 도 7에 나타낸 바와 같이 투명한 기판 위에 복수의 주사선(131)과, 이들 주사선(131)에 대하여 교차하는 방향으로 뻗은 복수의 신호선(132)과, 이들 신호선(132)에 병렬로 뻗은 복수의 공통 급전선(133)이 각각 배선된 것이며, 주사선(131) 및 신호선(132)의 각 교점마다 화소(화소 영역)(71)가 마련되어 구성된 것이다.
신호선(132)에 대해서는, 시프트 레지스터, 레벨 시프터, 비디오 라인, 아날로그 스위치를 구비하는 데이터측 구동 회로(72)가 설치되어 있다.
한편, 주사선(131)에 대해서는, 시프트 레지스터 및 레벨 시프터를 구비하는 주사측 구동 회로(73)가 설치되어 있다. 또한, 화소 영역(71)의 각각에는, 주사선(131)을 통하여 주사 신호가 게이트 전극에 공급되는 스위칭 박막트랜지스터(142)와, 이 스위칭 박막트랜지스터(142)를 통하여 신호선(132)으로부터 공급되는 화상 신호를 유지하는 유지 용량(cap)과, 유지 용량(cap)에 의해 유지된 화상 신호가 게이트 전극에 공급되는 커런트 박막트랜지스터(143)와, 이 커런트 박막트랜지스터(143)를 통하여 공통 급전선(133)에 전기적으로 접속했을 때에 공통 급전선(133)으로부터 구동 전류가 유입되는 화소 전극(141)과, 이 화소 전극(141)과 반사 전극(154) 사이에 끼워 넣어지는 발광부(140)가 설치되어 있다.
이러한 구성을 기본으로 하여, 주사선(131)이 구동되어 스위칭 박막트랜지스터(142)가 온(on)으로 되면, 그 때의 신호선(132)의 전위가 유지 용량(cap)에 유지되고, 상기 유지 용량(cap)의 상태에 따라, 커런트 박막트랜지스터(143)의 온/오프 상태가 결정된다. 그리고, 커런트 박막트랜지스터(143)의 채널을 통하여 공통 급전선(133)으로부터 화소 전극(141)에 전류가 흐르고, 다시 발광부(140)를 통하여 반사 전극(154)에 전류가 흐른다. 이에 따라, 발광부(140)는 이것을 흐르는 전류량에 따라 발광하게 된다.
여기서, 각 화소(71)의 평면 구조는, 반사 전극이나 유기 EL 소자를 제거한 상태에서의 확대 평면도인 도 8에 나타낸 바와 같이, 평면 형상이 직사각형인 화소 전극(141)의 4변이 신호선(132), 공통 급전선(133), 주사선(131) 및 다른 화소 전극용 주사선(도시 생략)에 의해 둘러싸인 배치로 되어 있다.
다음으로, 이러한 EL 디스플레이(70)에 구비되는 유기 EL 소자의 제조 방법에 대해서 도 9 내지 도 11를 이용하여 설명한다. 또한, 도 9 내지 도 11에서는, 설명을 간략화하기 위해, 단일 화소(71)에 대해서만 도시한다.
우선, 기판을 준비한다. 여기서, 유기 EL 소자에서는 후술하는 발광층에 의한 발광광을 기판 측으로부터 취출(取出)하는 것도 가능하고, 또한, 기판과 반대측으로부터 취출하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 발광광을 기판 측으로부터 취출하는 구성으로 할 경우, 기판 재료로서는 유리나 석영, 수지 등의 투명 내지 반투명의 것이 사용되나, 특히 저렴한 유리가 매우 적합하게 사용된다.
또한, 기판에 컬러 필터막이나 형광성 물질을 함유하는 색변환막, 또는 유전체 반사막을 배치하여, 발광색을 제어하도록 할 수도 있다.
또한, 기판과 반대측으로부터 발광광을 취출하는 구성의 경우, 기판은 불투명일 수도 있고, 그 경우, 알루미나 등의 세라믹스, 스테인리스 등의 금속 시트에 표면 산화 등의 절연 처리를 실시한 것, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등을 사용할 수 있다.
본 예에서는, 기판으로서 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이 유리 등으로 이루어진 투명 기판(121)을 준비한다. 그리고, 이것에 대하여, 필요에 따라 TEOS(테트 라에톡시실란)나 산소 가스 등을 원료로 하여 플라즈마 CVD법에 의해 두께 약 200∼500㎚의 실리콘 산화막으로 이루어진 하지 보호막(도시 생략)을 형성한다.
다음으로, 투명 기판(121)의 온도를 약 350℃로 설정하여, 하지 보호막의 표면에 플라즈마 CVD법에 의해 두께 약 30∼70㎚의 비정질 실리콘막으로 이루어진 반도체막(200)을 형성한다. 이어서, 이 반도체막(200)에 대하여 레이저 어닐링 또는 고상(固相) 성장법 등의 결정화 공정을 행하여, 반도체막(200)을 폴리실리콘막으로 결정화한다. 레이저 어닐링법에서는, 예를 들어, 엑시머 레이저에서 빔의 길이가 40O㎜인 라인 빔을 사용하고, 그 출력 강도는, 예를 들어, 20OmJ/㎠로 한다. 라인 빔에 대해서는, 그 짧은 치수 방향에서의 레이저 강도 피크 값의 90%에 상당하는 부분이 각 영역마다 겹치도록 라인 빔을 주사한다.
이어서, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 반도체막(폴리실리콘막)(200)을 패터닝하여 섬 형상의 반도체막(210)으로 하고, 그 표면에 대하여 TEOS나 산소 가스 등을 원료로 하여 플라즈마 CVD법에 의해 두께 약 60∼150㎚의 실리콘 산화막 또는 질화막으로 이루어진 게이트 절연막(220)을 형성한다. 또한, 반도체막(210)은 도 8에 나타낸 커런트 박막트랜지스터(143)의 채널 영역 및 소스/드레인 영역으로 되는 것이나, 상이한 단면(斷面) 위치에서는 스위칭 박막트랜지스터(142)의 채널 영역 및 소스/드레인 영역으로 되는 반도체막도 형성되어 있다. 즉, 도 9 내지 도 11에 나타낸 제조 공정에서는 2종류의 트랜지스터(142, 143)가 동시에 제조되나, 동일한 순서에 의해 제조되기 때문에, 이하의 설명에서는 트랜지스터에 관해서는, 커런트 박막트랜지스터(143)에 대해서만 설명하고, 스위칭 박막트랜지스터(142)에 대해서는 그 설명을 생략한다.
이어서, 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 알루미늄, 탄탈륨, 몰리브덴, 티타늄, 텅스텐 등의 금속막으로 이루어진 도전막을 스퍼터링법에 의해 형성한 후, 이것을 패터닝하여, 게이트 전극(143A)을 형성한다.
이어서, 이 상태에서 고농도의 인 이온을 주입하고, 반도체막(210)에 게이트 전극(143A)에 대하여 자기 정합적으로 소스/드레인 영역(143a, 143b)을 형성한다. 또한, 불순물이 도입되지 않은 부분이 채널 영역(143c)으로 된다.
이어서, 도 9의 (d)에 나타낸 바와 같이, 층간절연막(230)을 형성한 후, 콘택트 홀(232, 234)을 형성하고, 이들 콘택트 홀(232, 234) 내에 중계 전극(236, 238)을 매립한다.
이어서, 도 9의 (e)에 나타낸 바와 같이, 층간절연막(230) 위에 신호선(132), 공통 급전선(133) 및 주사선(도 9에 도시하지 않음)을 형성한다. 여기서, 중계 전극(238)과 각 배선은 동일한 공정에 의해 형성되어 있을 수도 있다. 이 때, 중계 전극(236)은 후술하는 ITO막에 의해 형성된다.
그리고, 각 배선의 표면을 덮도록 층간절연막(240)을 형성하고, 중계 전극(236)에 대응하는 위치에 콘택트 홀(도시 생략)을 형성하여, 그 콘택트 홀 내에도 매립되도록 ITO막을 형성하며, 다시 그 ITO막을 패터닝하여, 신호선(132), 공통 급전선(133) 및 주사선(도시 생략)으로 둘러싸인 소정 위치에 소스/드레인 영역(143a)에 전기적으로 접속하는 화소 전극(141)을 형성한다. 여기서, 신호선(132) 및 공통 급전선(133), 더 나아가서는 주사선(도시 생략)에 의해 사이 에 끼워진 부분이 후술하는 바와 같이 정공 주입층이나 발광층의 형성 장소로 되어 있다.
이어서, 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 형성 장소를 둘러싸도록 격벽(150)을 형성한다. 이 격벽(150)은 구획부재로서 기능하는 것이며, 예를 들어, 폴리이미드 등의 절연성 유기 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 격벽(150)의 막 두께에 대해서는, 예를 들어, 1∼2㎛의 높이로 되도록 형성한다. 또한, 격벽(150)은 액체방울 토출 헤드부(4)로부터 토출되는 액상체에 대하여 비친화성을 나타내는 것이 바람직하다. 격벽(150)에 비친화성을 발현시키기 위해서는, 예를 들어, 격벽(150)의 표면을 불소계 화합물 등으로 표면 처리하는 등의 방법이 채용된다. 불소 화합물로서는, 예를 들어, CF4, SF5, CHF3 등이 있고, 표면 처리로서는, 예를 들어, 플라즈마 처리 및 UV 조사 처리 등을 들 수 있다.
그리고, 이러한 구성을 기본으로 하여, 정공 주입층이나 발광층의 형성 장소, 즉, 이들의 형성 재료의 도포 위치와 그 주위의 격벽(150) 사이에는 충분한 높이의 단차(111)가 형성되어 있다.
이어서, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 기판(121) 표면을 위로 향하게 한 상태에서, 정공 주입층의 형성 재료를 상기 액체방울 토출 헤드부(4)로부터 상기 격벽(150)에 의해 둘러싸인 도포 위치, 즉, 격벽(150) 내에 액상의 형성 재로(114A)를 선택적으로 도포한다.
정공 주입층의 형성 재료로서는, 폴리머 전구체가 폴리테트라히드로티오페닐 페닐렌인 폴리페닐렌비닐렌, 1, 1-비스-(4-N, N-디트릴아미노페닐)시클로헥산, 트리스(8-히드록시퀴놀리놀)알루미늄 등을 들 수 있다.
이 때, 액상 형성 재료(114A)는 유동성이 높기 때문에 수평 방향으로 확산되려고 하나, 도포된 위치를 둘러싸서 격벽(150)이 형성되어 있기 때문에, 형성 재료(114A)는 격벽(150)을 넘어 그 외측으로 확산되는 것이 방지된다.
이어서, 도 10의 (c)에 나타낸 바와 같이, 가열 또는 광조사에 의해 액상 전구체(114A)의 용매를 증발시켜, 화소 전극(141) 위에 고형(固形) 정공 주입층(140A)을 형성한다.
이어서, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기판(121) 표면을 위로 향하게 한 상태에서, 액체방울 토출 헤드부(4)로부터 잉크로서 발광층 형성 재료(발광 재료)(114B)를 상기 격벽(150) 내의 정공 주입층(140A) 위에 선택적으로 도포한다.
발광층의 형성 재료로서는, 예를 들어, 공액계 고분자 유기 화합물의 전구체와, 얻어지는 발광층의 발광 특성을 변화시키기 위한 형광 색소를 함유하여 이루어진 것이 매우 적합하게 사용된다.
공액계 고분자 유기 화합물의 전구체는, 형광 색소 등과 함께 액체방울 토출 헤드부(4)로부터 토출되어 박막으로 성형된 후, 가열 경화(硬化)됨으로써 공액계 고분자 유기 EL층으로 되는 발광층을 생성할 수 있는 것을 의미하고, 예를 들어, 전구체의 술포늄염의 경우, 가열 처리됨으로써 술포늄기가 탈리(脫離)되어, 공액계 고분자 유기 화합물로 되는 것 등이다.
이러한 공액계 고분자 유기 화합물은 고체이며 강한 형광을 갖기 때문에, 균 질(均質)의 고체 초박막을 형성할 수 있다. 또한, 형성능이 풍부하고 ITO 전극과의 밀착성도 높다. 또한, 이러한 화합물의 전구체는, 경화된 후는 강고한 공액계 고분자막을 형성하기 때문에, 가열 경화 전에는 전구체 용액을 후술하는 잉크젯 패터닝에 적용 가능한 원하는 점도로 조정할 수 있고, 단시간에 간편하게 최적 조건의 막 형성을 행할 수 있다.
이러한 전구체로서는, 예를 들어, PPV(폴리(파라페닐렌비닐렌)) 또는 그 유도체의 전구체가 바람직하다. PPV 또는 그 유도체의 전구체는 물 또는 유기 용매에 용해되고, 또한, 폴리머화가 가능하기 때문에 광학적으로도 고품질의 박막을 얻을 수 있다. 또한, PPV는 강한 형광을 갖고, 또한, 이중 결합의 π전자가 폴리머쇄(鎖) 상에서 비극재화(非極在化)되어 있는 도전성 고분자이기도 하기 때문에, 고성능의 유기 EL 소자를 얻을 수 있다.
이러한 PPV 또는 PPV 유도체의 전구체로서, 예를 들어, PPV(폴리(파라페닐렌비닐렌)) 전구체, MO-PPV(폴리(2, 5-디메톡시-1, 4-페닐렌비닐렌)) 전구체, CN-PPV(폴리(2, 5-비스헥실옥시-1, 4-페닐렌-(1-시아노비닐렌))) 전구체, MEH-PPV(폴리[2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)]-파라페닐렌비닐렌) 전구체 등을 들 수 있다.
PPV 또는 PPV 유도체의 전구체는 상술한 바와 같이 물에 용해되고, 제막 후의 가열에 의해 고분자화하여 PPV층을 형성한다. 상기 PPV 전구체로 대표되는 전구체의 함유량은 조성물 전체에 대하여 0.01질량%∼10.0질량%가 바람직하고, 0.1질량%∼5.0질량%가 보다 바람직하다. 전구체의 첨가량이 지나치게 적으면 공액계 고분자막을 형성하기에 불충분하고, 지나치게 많으면 조성물의 점도가 높아져, 잉크 젯법에 의한 정밀도가 높은 패터닝에 부적합한 경우가 있다.
또한, 발광층의 형성 재료로서는, 적어도 1종의 형광 색소를 함유하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광층의 발광 특성을 변화시킬 수 있고, 예를 들어, 발광층의 발광 효율의 향상, 또는 광흡수 극대 파장(발광색)을 바꾸기 위한 수단으로서도 유효하다. 즉, 형광 색소는 단지 발광층 재료로서가 아니라, 발광 기능 그 자체를 담당하는 색소 재료로서 이용할 수 있다. 예를 들면, 공액계 고분자 유기 화합물 분자 상의 캐리어 재결합에 의해 생성된 엑시톤의 에너지를 대부분 형광 색소 분자 상으로 옮길 수 있다. 이 경우, 발광은 형광 양자 효율이 높은 형광 색소 분자로부터만 일어나기 때문에, 발광층의 전류 양자 효율도 증가한다. 따라서, 발광층의 형성 재료 중에 형광 색소를 첨가함으로써, 동시에 발광층의 발광 스펙트럼도 형광 분자의 것으로 되기 때문에, 발광색을 바꾸기 위한 수단으로서도 유효해진다.
또한, 여기서의 전류 양자 효율은 발광 기능에 의거하여 발광 성능을 고찰하기 위한 척도로서, 하기 식에 의해 정의된다.
ηE = 방출되는 포톤(photon) 에너지/입력 전기 에너지
그리고, 형광 색소의 도핑에 의한 광흡수 극대 파장의 변환에 의해, 예를 들어, 적색, 청색, 녹색의 3원색을 발광시킬 수 있고, 그 결과, 풀 컬러(full-color) 표시체를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 형광 색소를 도핑함으로써, EL 소자의 발광 효율을 대폭으로 향상시킬 수 있다.
형광 색소로서는, 적색의 발색광을 발광하는 발광층을 형성할 경우, 적색의 발색광을 갖는 로다민 또는 로다민 유도체를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 형광 색소는 저분자이기 때문에 수용액에 용해되고, 또한, PPV와 상용성이 양호하여, 균일하며 안정된 발광층의 형성이 용이하다. 이러한 형광 색소로서, 구체적으로는 로다민 B, 로다민 B 베이스 로다민 6G, 로다민 101 과염소산염 등을 들 수 있고, 이들을 2종 이상 혼합한 것일 수도 있다.
또한, 녹색의 발색광을 발광하는 발광층을 형성할 경우, 녹색의 발색광을 갖는 퀴나크리돈 및 그 유도체를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 형광 색소는 상기 적색 형광 색소와 동일하게 저분자이기 때문에 수용액에 용해되고, 또한, PPV와 상용성이 양호하여 발광층의 형성이 용이하다.
또한, 청색의 발색광을 발광하는 발광층을 형성할 경우, 청색의 발색광을 갖는 디스티릴비페닐 및 그 유도체를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 형광 색소는 상기 적색 형광 색소와 동일하게 저분자이기 때문에 물·알코올 혼합 용액에 용해되고, 또한, PPV와 상용성이 양호하여 발광층의 형성이 용이하다.
또한, 청색의 발색광을 갖는 다른 형광 색소로서는, 쿠마린 및 그 유도체를 들 수 있다. 이들 형광 색소는 상기 적색 형광 색소와 동일하게 저분자이기 때문에 수용액에 용해되고, 또한, PPV와 상용성이 양호하여 발광층의 형성이 용이하다. 이러한 형광 색소로서, 구체적으로는 쿠마린, 쿠마린-1, 쿠마린-6, 쿠마린-7, 쿠마린 120, 쿠마린 138, 쿠마린 152, 쿠마린 153, 쿠마린 311, 쿠마린 314, 쿠마린 334, 쿠마린 337, 쿠마린 343 등을 들 수 있다.
또한, 다른 청색의 발색광을 갖는 형광 색소로서는, 테트라페닐부타디엔(TPB) 또는 TPB 유도체를 들 수 있다. 이들 형광 색소는 상기 적색 형광 색소 등과 동일하게 저분자이기 때문에 수용액에 용해되고, 또한, PPV와 상용성이 양호하여 발광층의 형성이 용이하다.
이상의 형광 색소에 대해서는, 각색 모두 1종만을 사용할 수도 있고, 또한, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
이들 형광 색소에 대해서는, 상기 공액계 고분자 유기 화합물의 전구체 고형분에 대하여 0.5질량%∼10질량% 첨가하는 것이 바람직하고, 1.0질량%∼5.0질량% 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 형광 색소의 첨가량이 지나치게 많으면 발광층의 내후성 및 내구성 유지가 곤란해지는 반면, 첨가량이 지나치게 적으면, 상술한 바와 같은 형광 색소를 첨가하는 것에 의한 효과를 충분히 얻을 수 없기 때문이다.
또한, 상기 전구체 및 형광 색소에 대해서는, 극성 용매에 용해 또는 분산시켜 잉크로 하고, 이 잉크를 액체방울 토출 헤드부(4)로부터 토출하는 것이 바람직하다. 극성 용매는 상기 전구체 및 형광 색소 등을 용이하게 용해 또는 균일하게 분산시킬 수 있기 때문에, 액체방울 토출 헤드부(4)의 노즐 구멍에서 발광층 형성 재료 중의 고형분이 부착되거나 막힘을 일으키는 것을 방지할 수 있다.
이러한 극성 용매로서, 구체적으로는 물, 메탄올, 에탄올 등의 물과 상용성이 있는 알코올, N, N-디메틸포름아미드(DMF), N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸이미다졸린(DMI), 디메틸술폭시드(DMSO) 등의 유기 용매 또는 무기 용매를 들 수 있고, 이들 용매를 2종 이상 적절히 혼합한 것일 수도 있다.
또한, 상기 형성 재료 중에 습윤제를 첨가하여 두는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 형성 재료가 액체방울 토출 헤드부(4)의 노즐 구멍에서 건조 및 응고되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이러한 습윤제로서는, 예를 들어, 글리세린, 디에틸렌글리콜 등의 다가(多價) 알코올을 들 수 있고, 이들을 2종 이상 혼합한 것일 수도 있다. 이 습윤제의 첨가량으로서는, 형성 재료의 전체량에 대하여 5질량% ∼20질량% 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 기타 첨가제, 피막(被膜) 안정화 재료를 첨가할 수도 있고, 예를 들어, 안정제, 점도 조정제, 노화 방지제, pH 조정제, 방부제, 수지 에멀션, 레벨링제 등을 사용할 수 있다.
이러한 발광층의 형성 재료(114B)를 액체방울 토출 헤드부(4)의 노즐 구멍으로부터 토출하면, 형성 재료(114A)는 격벽(150) 내의 정공 주입층(140A) 위에 도포된다.
여기서, 형성 재료(114A)의 토출에 의한 발광층의 형성은, 적색의 발색광을 발광하는 발광층의 형성 재료, 녹색의 발색광을 발광하는 발광층의 형성 재료, 청색의 발색광을 발광하는 발광층의 형성 재료를 각각 대응하는 화소(71)에 토출하여 도포함으로써 행한다. 또한, 각색에 대응하는 화소(71)는 이들이 규칙적인 배치로 되도록 미리 결정되어 있다.
이렇게 하여 각색의 발광층 형성 재료를 토출하여 도포하면, 발광층 형성 재료(114B) 중의 용매를 증발시킴으로써, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이 정공 주입층(140A) 위에 고형의 발광층(140B)을 형성하고, 이것에 의해 정공 주입층(140A)과 발광층(140B)으로 이루어진 발광부(140)를 얻는다. 여기서, 발광층 형성 재료(114B) 중의 용매 증발에 대해서는, 필요에 따라 가열 또는 감압 등의 처리를 행하나, 발광층의 형성 재료는 통상 건조성이 양호하며 속건성(速乾性)이기 때문에, 특별히 이러한 처리를 행하지 않고, 각색의 발광층 형성 재료를 차례로 토출 도포함으로써, 그 도포순으로 각색의 발광층(140B)을 형성할 수 있다.
그 후, 도 11의 (c)에 나타낸 바와 같이, 투명 기판(121)의 표면 전체에, 또는 스트라이프 형상으로 반사 전극(154)을 형성하여, 유기 EL 소자를 얻는다.
이러한 유기 EL 소자의 제조 방법에서도, 정공 주입층(140A)이나 발광층(140B)과 같은 유기 EL 소자의 구성요소로 되는 박막을 제막 장치(1)에 의해 제조하고 있기 때문에, 정공 주입층(140A)이나 발광층(140B)의 막 두께, 평탄도, 형성 위치 등을 높은 정밀도로 제어하는 것이 가능해지고, 불량품이 발생할 확률을 저감할 수 있어, 유기 EL 소자를 비교적 저렴하게 안정적으로 형성할 수 있다.
(전자 기기)
상기 실시예의 광학 소자(컬러 필터 또는 유기 EL 소자)인 디바이스를 구비한 전자 기기의 예에 대해서 설명한다.
도 12은 휴대 전화의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 12에서 부호 10O0은 휴대 전화 본체를 나타내고, 부호 1001은 상기 광학 소자를 사용한 표시부를 나타낸다.
도 13는 손목시계형 전자 기기의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 13에서 부호 1100은 시계 본체를 나타내고, 부호 1101은 상기 컬러 필터를 사용한 표시부를 나타낸다.
도 14는 워드프로세서 및 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대형 정보처리 장치의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 14에서 부호 1200은 정보처리 장치, 부호 1202는 키보드 등의 입력부, 부호 1204는 정보처리 장치 본체, 부호 1206은 상기 컬러 필터를 사용한 표시부를 나타낸다.
도 12 내지 도 14에 나타낸 전자 기기는 상기 실시예의 광학 소자를 구비하고 있기 때문에, 양호하게 화상 표시를 행할 수 있고, 제조 비용을 저감할 수 있는 동시에, 제조 기간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경할 수 있다. 예를 들면, 인덕터 L 대신에 저항 R을 사용해도 된다.
이 경우, 저역 통과형 RC 필터가 구성되고, 압전 진동자(20)에 인가되는 구동 파형은 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이 적분 파형으로 되고, 모든 변화점이 없어지지 않는 (변화점 A0, A2, A4가 남는)다는 점에서는 인덕터 L의 경우와 동일한 레벨의 효과는 기대할 수 없지만, 일정의 효과는 얻어진다. 또한, 인덕터 L과 저항 R 양쪽을 이용하여 구성해도 된다.
또한, 인덕터 L이나 저항 R로서, 구동 제어 회로(10)와 구동 파형 생성 회로(30) 간을 접속하고 있는 FFC나 아날로그 스위치 TG 등에 기생하는 인덕터 성분이나 저항 성분을 이용할 수도 있다.
또한, 상기 실시예의 액체방울 토출 헤드의 구동 장치로부터 금속 미립자를 함유하는 액상체를 소망면에 토출함으로써, 금속 배선으로 되는 막을 제막하는 것으로 해도 된다. 이렇게 함으로써, 금속 배선으로 되는 막을 장기에 걸쳐 안정되게 제막할 수 있으므로, 종래보다도 고정밀도로 막 두께, 평탄도, 형성 위치 등이 제어된 막으로 이루어진 금속 배선, 즉 단선될 확률이 낮게 고밀도로 배치할 수 있는 금속 배선을 저렴하게 제조할 수 있게 된다.
또한, 본 발명을 적용하여 제조되는 디바이스는 상기 실시예에 한정되지 않고, 기능성 액체를 이용하여 소정의 제막 처리를 실시하여 제조되는 것에 넓게 적용된다. 예를 들면 일례로서 이것 외에, 마이크로렌즈 어레이의 제조 방법으로의 적용 등을 들 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 압전 진동자의 열화를 억제함으로써, 장기에 걸쳐 안정되게 액체방울을 토출할 수 있게 된다.

Claims (18)

  1. 압전 진동자를 갖고, 소정의 구동 파형을 상기 압전 진동자에 인가하여 토출부로부터 액체방울을 토출시키는 액체방울 토출 헤드의 구동 장치로서,
    상기 압전 진동자를 곡선 형상으로 이루어지는 상기 구동 파형에 의해 구동하는 구동 제어 수단을 구비하고,
    상기 구동 파형은 샤프 에지(sharp edge)가 없는 파형인 액체방울 토출 헤드의 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 파형은 파형 변환 수단에 의해 사각형 형상 또는 사다리꼴 형상의 방형파(方形波)로부터 변환되어 생성되는 파형인 액체방울 토출 헤드의 구동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 파형은 상기 액체방울을 토출시키기 위한 토출 파형과, 상기 액체방울이 토출되지 않을 정도로 상기 압전 진동자를 미진동(微振動)시키는 미진동 파형을 포함하는 액체방울 토출 헤드의 구동 장치.
  5. 제 1 항에 기재된 액체방울 토출 헤드의 구동 장치를 구비한 제막(製膜) 장치로서,
    상기 액체방울 토출 헤드로부터 기능성 액체를 토출하여 피(被)처리물의 소정 개소(個所)에 제막 처리를 행하는 제막 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제막 장치는 컬러 필터를 제조하는 장치인 제막 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제막 장치는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 구성요소로 되는 막을 제막하는 장치인 제막 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제막 장치는 상기 액체방울 토출 헤드로부터 금속 미립자를 함유하는 액상체를 토출하는 것으로서, 상기 액상체를 소망면에 토출함으로써 금속 배선으로 되는 막을 제막하는 장치인 제막 장치.
  9. 소정의 구동 파형에 의해 압전 진동자를 신축시켜 토출부로부터 액체방울을 토출시키는 액체방울 토출 헤드의 구동 방법으로서,
    상기 압전 진동자를 곡선 파형으로 이루어지는 상기 구동 파형에 의해 구동하는 처리를 갖고,
    상기 구동 파형은 샤프 에지가 없는 파형인 액체방울 토출 헤드의 구동 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동 파형은 사각형 형상 또는 사다리꼴 형상의 방형파에 기초하여 생성되는 파형인 액체방울 토출 헤드의 구동 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동 파형은 상기 액체방울을 토출시키기 위한 토출 파형과, 상기 액체방울이 토출되지 않을 정도로 상기 압전 진동자를 미진동시키는 미진동 파형을 포함하는 액체방울 토출 헤드의 구동 방법.
  13. 제 9 항에 기재된 액체방울 토출 헤드의 구동 방법을 이용하여 제막하는 제막 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제막 방법은 컬러 필터의 구성요소로 되는 막을 제막할 때에 이용되는 제막 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제막 방법은 유기 일렉트로루미네선스 소자의 구성요소로 되는 막을 제막할 때에 이용되는 제막 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제막 방법은 상기 액체방울 토출 헤드로부터 금속 미립자를 함유하는 액상체를 소망면에 토출함으로써 금속 배선으로 되는 막을 제막하는 제막 방법.
  17. 제 13 항에 기재된 제막 방법을 이용하여 제조된 디바이스를 구비한 전자 기기.
  18. 기판 위의 소정 개소에 기능성 액체를 도포하여 제조하는 디바이스의 제조 방법으로서,
    제 9 항에 기재된 액체방울 토출 헤드의 구동 방법을 이용하여, 상기 액체방울 토출 헤드로부터 상기 기능성 액체를 상기 기판의 소정 개소에 토출하는 공정을 갖는 디바이스의 제조 방법.
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