KR100733560B1

KR100733560B1 - 액적 토출 장치 및 액적 토출 헤드

Info

Publication number: KR100733560B1
Application number: KR1020060021586A
Authority: KR
Inventors: 히로츠나 미우라
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2007-06-28
Also published as: US20060203063A1; TWI290493B; CN1830579A; US7484839B2; JP2006247529A; JP4297066B2; TW200706256A; KR20060097624A

Abstract

본 발명은 착탄(着彈)한 미소 액적(Fb)이 목표 도트 직경(Ra)에 도달하기까지의 시간과, 가동 스테이지(23)의 이동 속도에 의거하여 이동 거리(L)를 결정하였다. 조사구(30n)는 액적을 토출하는 노즐(N)로부터 이동 거리(L)와 동일한 거리만큼 이간(離間)한 위치에 있다. 조사구(30n)를 채우는 투과액(FT)은 레이저 광선(B)을 액적(Fb)의 스폿에 집광하는 액체 렌즈로서 기능한다. 조사구(30n)로부터 배출된 투과액(FT)은 토출 헤드(30)의 노즐면(31a)을 세정하는 데에 사용된다.

미소 액적, 액정 표시 모듈, 주사선 구동 회로, 코드 형성 영역, 식별 코드

Description

액적 토출 장치 및 액적 토출 헤드{DROPLET EJECTION APPARATUS AND DROPLET EJECTION HEAD}

도 1은 액정 표시 모듈의 정면도.

도 2는 식별 코드를 나타내는 도 1의 부분 확대도.

도 3은 도 2의 식별 코드의 측면도.

도 4는 도 2의 식별 코드를 형성하는 도트의 치수를 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액적 토출 장치의 사시도.

도 6은 도 5의 액적 토출 장치에 포함되는 토출 헤드의 사시도.

도 7 및 도 8은 도 6의 토출 헤드의 부분 단면도.

도 9는 도 5의 액적 토출 장치의 블록도.

도 10은 도 5의 토출 헤드의 구동 타이밍을 설명하는 타이밍 차트.

도 11은 종래예의 토출 헤드의 부분 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

4 : 주사선 구동 회로

5 : 데이터선 구동 회로

Fb : 미소 액적

N : 토출 노즐

10 : 식별 코드

27 : 액체 탱크

37 : 압력 센서

S : 코드 형성 영역

30 : 액적 토출 헤드

30n : 조사구

46 : 구동 파형 생성 회로

본 발명은 액적 토출 장치 및 액적 토출 헤드에 관한 것이다.

보통, 액정 표시 장치나 유기 일렉트로루미네선스 표시 장치 등의 전기 광학 장치에는 화상을 표시하기 위한 투명 유리 기판이 구비된다. 이 기판에는 품질 관리나 제조 관리에 이용되는 제조원이나 제품 번호 등의 제조 정보를 표시하는 식별 코드(예를 들어, 2차원 코드)가 부착되어 있다. 식별 코드는 배열된 다수의 패턴 형성 영역(셀)의 일부에 코드 패턴(예를 들어, 유색의 박막이나 오목부)을 구비하고, 그 코드 패턴의 유무(有無)에 의해 상기 제조 정보를 코드화하고 있다.

그 식별 코드의 형성 방법으로서, 금속박에 레이저 광선을 조사하여 코드 패턴을 스퍼터 성막(成摸)하는 레이저 스퍼터링법이나, 연마재를 함유한 물을 기판에 분사하여 코드 패턴을 각인하는 워터제트법이 제안되고 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특허 공개평 11-77340호 공보.

[특허문헌 2] 일본국 특허 공개 2003-127537호 공보.

그러나, 레이저 스퍼터링법에서는 원하는 사이즈의 코드 패턴을 얻기 위해, 금속박과 기판의 간격을 매우 짧게(예를 들어, 수∼수십 ㎛)하는 것이 요구되고, 기판과 금속박의 표면에는 매우 높은 정밀도의 평탄성이 요구된다. 따라서, 식별 코드를 형성할 수 있는 대상 기판의 종류가 제한되어, 레이저 스퍼터링법의 범용성은 낮았다. 워터 제트법에서는, 기판의 각인 시에 비산(飛散)하는 물, 먼지 및 연마제에 의해 기판이 오염된다.

레이저 스퍼터링법이나 워터 제트법에서의 문제를 해소 가능한 잉크젯법이 주목되고 있다. 잉크젯법은 금속 미립자를 분산시킨 기능액의 미소 액적을 토출하고, 그 액적을 기판 위에서 건조시킴으로써 코드 패턴을 기판에 형성한다. 그 때문에, 식별 코드를 형성하는 기판의 종류는 확대되고 이 기판의 오염은 회피할 수 있다.

잉크젯법에서는 기판에 착탄 즉 부착된 미건조된 미소 액적의 스폿을 건조 시킴으로써 코드 패턴을 형성하기 때문에, 이하의 문제를 초래하고 있다.

미소 액적의 스폿은 과잉으로 확장 습윤되어 셀로부터 비어져 나오는 경우가 있다. 셀로부터 비어져 나온 스폿을 포함하는 코드 패턴은 기판 정보의 판독 에러 또는 판독 불능을 야기시킨다.

이 문제는 미소 액적의 스폿을 레이저 광선으로 조사하고, 그 미소 액적의 스폿을 순식간에 건조시킴으로써 회피 가능하다고 생각된다. 그러나, 도 11에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 미소 액적(Fb)을 토출하는 토출 헤드(90)에는 기능액(F)의 유로(91)나, 기능액(F)을 저장하기 위한 캐비티(92), 및 캐비티(92) 내의 기능액(F)을 가압하기 위한 가압 수단(93)이 구비된다. 이들 각 구성 요소의 레이아웃이나 가공성에 의해 미소 액적(Fb)을 토출하는 노즐(94)의 배설 위치가 토출 헤드(90)의 중앙 근방으로 제약되어 있다.

즉, 노즐(94)이 토출 헤드(90)의 중앙 근방에 형성되는 정도만큼, 미소 액적(Fb)이 착탄하는 위치(착탄 위치(Pa))가 레이저 헤드(96)에 의한 레이저 광선(B)의 조사 위치(Pb)로부터 이간한다. 그 결과, 착탄 위치(Pa)의 미소 액적(Fb)을 조사 위치(Pb)로 이동시키는 정도만큼, 미소 액적(Fb)에 레이저 광선(B)을 조사하는 타이밍이 늦어지고, 미소 액적(Fb)의 건조가 늦어져, 스폿이 과잉으로 넓어진다.

한편, 이 레이저 광선(B)을 조사하는 타이밍은 기판(95)과 토출 헤드(90) 사이의 간격으로부터 레이저 광선(B)을 출사함으로써 빨리 할 수 있다고 생각된다. 그러나, 일반적으로 토출 헤드(90)와 기판(95) 사이의 간격은 착탄 위치(Pa)의 위치 정밀도를 확보하기 위해, ㎜ 오더의 거리로 제어되어 있다. 그 때문에, 상기 간격으로부터의 레이저 조사에서는 미소 액적(Fb)의 스폿에 대한 레이저 광선(B)의 조사 각도를 극도로 얇게 할 필요가 있어, 조사 위치(Pb)의 위치 정밀도를 저하시켜, 미소 액적(Fb)의 건조 불량을 초래할 우려가 있다.

본 발명의 목적은 착탄된 액적을 건조시키는 타이밍을 빨리 하여, 액적의 스폿 사이즈를 제어한 액적 토출 장치 및 액적 토출 헤드를 제공함에 있다.

본 발명의 제 1 형태에 의하면, 기판을 향하여 액적을 토출하는 액적 토출 장치로서, 상기 기판에 대면하여 상기 액적을 토출하는 노즐을 갖는 액적 토출 헤드와, 상기 기판에 착탄된 액적의 스폿을 비추는 레이저광을 생성하는 레이저원과, 상기 액적 토출 헤드에서 상기 노즐에 인접하여 형성된 조사구와, 상기 액적 토출 헤드에 설치되고, 상기 레이저광을 투과하는 투과액을 수용하며, 상기 레이저 광선을 상기 조사구로 유도하는 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치가 제공된다.

본 발명의 제 2 형태에 의하면, 기판과 함께 사용되는 액적 토출 헤드로서, 상기 기판을 향하여 액적을 토출하는 노즐과, 상기 노즐의 근방에 설치되고 그곳을 통하여 상기 기판에 착탄된 액적의 스폿을 건조시키기 위한 레이저 광선이 출력되는 조사구를 구비하는 액적 토출 헤드가 제공된다.

본 발명의 제 3 형태에 의하면, 기판을 향하여 액적을 토출하는 액적 토출 장치로서, 레이저 광선을 생성하는 레이저원과, 상기 기판에 대면하여 상기 액적을 토출하는 노즐과, 상기 노즐과 정렬된 레이저 조사구를 포함하는 면을 포함하는 헤드와, 상기 액적 토출 헤드 내에 구획되고 상기 레이저 조사구에 연통하여, 투과액(FT)을 상기 레이저 조사구에 공급하는 유로와, 상기 투과액(FT)에 제어된 압력을 부여하여 상기 투과액의 일부를 상기 레이저 조사구로부터 배출하는 펌프(38)를 구비하고, 상기 투과액(FT)의 일부는 상기 레이저 조사구를 채우는 액체 렌즈를 형성하는 것이며, 상기 액체 렌즈는 상기 기판에 착탄된 액적 스폿에 상기 레이저 광선 을 집광하는 것인 액적 토출 장치가 제공된다.

도 1∼도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액적 토출 장치 및 헤드를 설명한다.

우선, 본 발명의 액적 토출 장치를 사용하여 형성된 식별 코드를 갖는 액정 표시 장치의 표시 모듈에 대해서 설명한다.

도 1에 있어서, 액정 표시 모듈(1)은 광 투과성의 투명 유리 기판(2)을 구비한다. 기판(2) 표면(2a)의 대략 중앙에는, 액정 분자가 봉입된 사각형상의 표시 영역(3)이 구획된다. 표시 영역(3)의 외측(外側)에는 주사 신호를 생성하는 주사선 구동 회로(4)와, 데이터 신호를 생성하는 데이터선 구동 회로(5)가 배치된다. 액정 표시 모듈(1)은 주사선 구동 회로(4)로부터 공급된 주사 신호와, 데이터선 구동 회로(5)로부터 공급된 데이터 신호에 따라 액정 분자의 배향 상태를 제어하고, 도시하지 않은 조명 장치로부터 조사된 평면광을 변조하여, 표시 영역(3)에 원하는 화상을 표시한다.

기판(2) 뒷면(2b)의 한구석에 액정 표시 모듈(1)의 식별 코드(10)가 형성된다. 식별 코드(10)는 예를 들어, 액정 표시 모듈(1)의 제품번호나 로트 번호이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 식별 코드(10)는 코드 형성 영역(S)에 형성되고, 복수의 도트(D)에 의해 정의되는 패턴을 갖는다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 코드 형성 영역(S)은 16행×16열로 이루어지는 256개의 셀(분할 영역)(C)을 갖는다. 일례로서는, 코드 형성 영역(S)은 2.24㎜ 정사각형이고, 각 셀(C)은 한변의 길이가 140㎛인 정사각형이다. 식별 코드(10)에 따라, 선택된 셀(C)에 도트(D)가 형성된다.

바람직한 실시예에서는, 목표 도트 직경(Ra)은 셀(C)의 한변의 길이와 동일하다. 이하의 설명에서는, 도트(D)가 형성된 셀(C)을 흑 셀(C1)이라 부르고, 도트(D)가 형성되지 않은 셀(C)을 백셀(C0)이라 부르며, 도 4에서 상측으로부터 차례로 1행째의 셀(C), 2행째의 셀(C)...16행째의 셀(C)로 하고, 도 4에 있어서 좌측으로부터 차례로 1열째의 셀(C), 2열째의 셀(C)...16열째의 셀(C)이라고 부른다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 흑 셀(C1)은 기판(2)에 밀착된 반구 형상의 도트(D)를 포함한다. 도트(D)는 잉크젯법에 의해 형성된다. 상세하게 설명하면, 액적 토출 장치(20)(도 5 참조)의 토출 노즐(N)로부터 패턴 형성재료(예를 들어, 니켈 미립자 등의 금속미립자)를 함유하는 미소 액적(Fb)이 토출된다. 셀(C)에 착탄된 미소 액적(Fb)을 건조시키고 금속미립자를 소성함으로써 흑 셀(C1)에 도트(D)가 형성된다. 미소 액적(Fb)의 건조와 소성은 레이저 광선(B)(도 8 참조)의 조사에 의해 행해진다.

다음으로, 식별 코드(10)를 형성하기 위한 액적 토출 장치(20)에 대해서 설명한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 액적 토출 장치(20)는 기대(基台)(21)를 포함한다. 기대(21)는 Y축에 따른 장변(長邊)과 X축에 따른 단변(短邊)을 갖는다.

기대(21)의 상면에는, 한 쌍의 안내 홈(22)이 Y축에 따라 형성된다. 기대(21)의 상방에는 한 쌍의 안내 홈(22)에 따라 직선적으로 이동하는 가동 스테이지(23)가 설치된다. 가동 스테이지(23)는 예를 들어, 안내 홈(22)에 따라 연장되는 나사 축(구동축)과, 이 나사 축과 나사 결합하는 볼 너트를 포함하는 직동 기구를 갖는다. 그 구동축과 연결된 스텝핑 모터로 이루어지는 Y축 모터(MY)(도 9 참조)가 기대(21) 또는 가동 스테이지(23)에 설치된다. 소정의 스텝수에 대응하는 구동 신호가 Y축 모터(MY)에 입력되면, Y축 모터(MY)가 정전 또는 역전하며, 가동 스테이지(23)가 이 스텝수에 상당하는 정도만큼, Y축에 따라 소정의 속도로 왕동 또는 복동한다.

가동 스테이지(23)는 도 5에 실선으로 나타낸 제 1 위치와 도 5에 점선으로 나타낸 제 2 위치 사이에서 이동한다. 이하의 설명에서는 가동 스테이지(23)의 이동 속도를 액적 반송 속도(Vy)로 읽을 수 있다. 일례에서는 액적 반송 속도(Vy)를 200㎜/초로 설정하고 있다.

가동 스테이지(23)의 상면에는 지지면(24)이 형성되고, 그 지지면(24)에는 도시하지 않은 흡인식의 기판 척 기구가 설치되어 있다. 기판(2)은 이면(裏面) (2b)(코드 형성 영역(S))을 상향(上向)으로 하여 지지면(24)에 탑재 배치된다. 기판 척은 기판(2)을 지지면(24)의 소정 위치에 고정시킨다.

X축에 따라 연장되는 안내교(橋)(26)가 한 쌍의 지지각(脚)(25a, 25b)에 의해 지지된다. 안내교(26)의 일단부는 지지각(25a)으로부터 돌출된다.

메인터넌스 유닛(MU)은 안내교(26)의 일단부의 하방으로 배치된다. 메인터넌스 유닛(MU)은 토출 헤드(30)의 노즐면(31a)(도 6 참조)을 청소하여 노즐면(31a)을 세정하는 도시하지 않은 와이핑 부재를 포함시킨다.

안내교(26)의 상면에 액체 탱크(27)가 배열 설치되어 있다. 액체 탱크(27)는 기판(2)의 이면(2b)에 대한 친액성을 갖는 분산매와 상기 금속 미립자를 함유하 는 기능액(FD)을 수용하는 방과, 투과액(FT)를 수용하는 방을 갖는다.

투과액(FT)은 기능액(FD)에 대하여 상용성(相容性)의 액체이고, 레이저 광선(B)을 투과하는 액체이다. 투과액(FT)은 상기 와이핑 부재의 청소에 의해 노즐면(31a)의 전체 면에 확장 습윤되고, 토출 노즐(N) 근방에 부착된 상기 금속 미립자를 세정하는, 즉 세정액이다. 바람직한 실시예에서는 투과액(FT)은 n-데칸이다. 투과액(FT)은 기능액(FD)에 따라 결정되며, 레이저 광선(B)을 투과하는 액체 세정액이어도 좋다.

기능액(FD)과 투과액(FT)은 서로 혼합되지 않게, 액체 탱크(27)로부터 토출 헤드(30)에 공급된다.

가압 유닛(PU)은 지지각(25b)에 가까운 위치에서 액체 탱크(27)에 인접하게 배치된다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 가압 유닛(PU)은 액체 탱크(27) 내의 투과액(FT)의 압력을 검출하는 압력 센서(37)와, 그 압력 센서(37)가 검출된 압력에 의거하여 투과액(FT)의 압력을 소정 압력으로 제어하는 렌즈 형성 기구로서의 가압 펌프(38)를 포함한다.

가압 유닛(PU)은 투과액(FT)을 액체 탱크(27)로부터 토출 헤드(30)에 소정 압력으로 공급한다. 가압 펌프(38)는 투과액(FT)에 제 1 압력과 제 2 압력을 적어도 포함하는 복수의 제어된 압력 하나를 부여한다. 제 1 압력은 투과액(FT)이 액체 렌즈(LZ)(도 7 참조)를 형성하기 위한 압력(렌즈 형성 압력)이다. 제 2 압력은 토출 헤드(30)로부터 투과액(FT)을 토출 또는 배출하기 위한 압력(토출 압력)이다.

안내교(26)의 하면에는 X축에 따라 연장되는 한 쌍의 안내 레일(28)이 형성 되어 있다. 안내 레일(28)에는 안내 레일(28)에 따라 이동하는 캐리지(29)가 설치된다. 캐리지(29)는, 예를 들어 안내 레일(28)에 따라 X축을 따라 연장하는 나사 축(구동축)과, 이 나사 축과 나사 결합하는 볼 너트를 포함하는 직동 기구를 갖는다. 그 구동축에 연결된 스텝핑 모터와 같은 X축 모터(MX)(도 9 참조)는 캐리지(29) 또는 안내교(26)에 배치된다. X축 모터(MX)는 구동 신호에 따른 스텝 수로 정전 또는 역전한다. 캐리지(29)는 이 스텝 수에 따른 거리에서 X축에 따라 이동한다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 캐리지(29)는 지지각(25a)에 가까운 제 1 위치(실선)와, 지지각(25b)에 가까운 제 2 위치(점선) 사이에서 이동한다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 그 캐리지(29)의 하측에는 액적(Fb)을 토출하는 토출 헤드(30)가 설치되어 있다. 도 6은 토출 헤드(30)의 하면(노즐면(31a))을 나타낸다.

토출 헤드(30)는 노즐 플레이트(31)를 포함한다. 노즐면(31a)은 노즐 플레이트(31)의 하면이다. 노즐면(31a)은 미소 액적(Fb)(도 7 참조)을 토출하기 위한 16개의 토출 노즐(N)을 갖는다. 토출 노즐(N)은 X화살표 방향(셀(C)의 행 방향)으로 동일한 간격을 두어 일렬로 정렬되어 있다.

토출 노즐(N)은 직경이 25㎛의 원형구멍이고, 그 피치 폭이 셀(C)의 형성 피치(140㎛)로 형성되어 있다. 그 토출 노즐(N)은 지지면(24)에 탑재 배치된 기판(2)의 법선 방향(Z화살표 방향)에 따라 관통 형성되어 있다. 토출 노즐(N)은 기판(2)(코드 형성 영역(S))이 Y화살표 방향을 따라 왕복 직선 이동할 때, 열 방향에 따른 셀(C)과 각각 대면한다.

16개의 토출 노즐(N)에 각각 대응하는 16개의 조사구(aperture)(30n)가 X화살표 방향으로 동일한 간격을 두어 일렬로 정렬되어 있다. 조사구(30n)의 열은 토출 노즐(N)의 열로부터 Y화살표 방향으로 이간하고 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 조사구(30n)의 중심은 대응하는 토출 노즐(N)의 중심으로부터 거리(L)만큼 이간하고 있다. 이하의 설명에서는, 거리(L)를 이동 거리(L)라고 부른다. 각 조사구(30n)는 토출 노즐(N)의 내경보다도 큰 내경을 갖는다. 일례에서는, 각 조사구(30n)는 12O㎛의 내경을 갖는 원형구멍이다. 조사구(30n)는 코드 형성 영역(S)이 Y화살표 방향을 따라 왕복 직선 이동할 때, 열방향에 따른 셀(C)과 각각 대면한다.각 조사구(30n)의 내면은 투과액(FT)에 대한 발액성을 갖는다.

도 7 및 도 8을 참조하여 토출 헤드(30)의 구조를 설명한다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(31)의 상측으로, 토출 노즐(N)의 Z화살표 방향에는 압력실로서의 캐비티(32)가 형성되어 있다. 액체 탱크(27) 내의 기능액(FD)은 공통된 공급로(34)로부터, 복수의 연통 구멍(33)을 통하여 복수의 캐비티(32)에 각각 공급된다. 각 캐비티(32)에 도입된 기능액(FD)은 대응하는 토출 노즐(N)로부터 분사된다.

캐비티(32)의 상측에 있어서, 노즐 플레이트(31)의 전체를 덮도록 진동판(다이어프램)(35)이 부착된다. 진동판(35)은 Z축에 따라 진동하여, 캐비티(32)의 용적을 변화시킨다. 진동판(35)은 레이저 광선(B)을 투과하는 필름이다. 바람직한 필름은 예를 들어, 그 두께가 약 2㎛의 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 필름이다.

진동판(35)의 상측에는 각 토출 노즐(N)에 대응하는 16개의 압전 소자(PZ)가 배열 설치되어 있다. 압전 소자(PZ)는 그 압전 소자(PZ)의 구동을 제어하는 압전 소자 구동 신호(VDP)를 받아 수축·연장하고, 진동판(35)을 Z축에 따라 진동시킨다. 압전 소자(PZ)가 수축 및 연장하면, 캐비티(32) 내의 용적이 확대 및 축소된다. 이에 따라, 압전 소자(PZ)의 변위량에 따른 체적을 갖는 기능액(FD)으로 이루어지는 미소 액적(Fb)이 대응하는 토출 노즐(N)로부터 토출된다. 바람직한 실시예에서는 압전 소자(PZ)의 변위에 의해, 목표 도트 직경(Ra)의 대략 반 정도의 외경을 갖는 미소 액적(Fb)이 토출된다.

이하의 설명에서는 미소 액적(Fb)이 착탄하는 위치, 즉 도 7에 있어서, 토출 노즐(N)의 바로 아래에 있는 기판(2)의 점을 착탄 위치(Pa)라고 한다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(31)의 상측에 있어서, 각 조사구(30n)에 대응하는 투과액 유로(36)가 구획된다. 투과액 유로(36)는 액체 탱크(27)와 조사구(30n)에 연통한다. 투과액 유로(36)는 액체 탱크(27) 내의 투과액(FT)의 일부를 대응하는 조사구(30n)에 공급한다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 투과액(FT)이 렌즈 형성 압력으로 투과액 유로(36)에 공급되면, 조사구(30n)를 채우는 투과액(FT)의 계면(메니스커스)은 표면 장력에 의해 노즐면(31a)으로부터 돌출하고, 반원구상의 액체 렌즈(LZ)가 형성된다. 액체 렌즈(LZ)의 광축은 조사구(30n)의 중심축(CN)과 일치한다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 액체 렌즈(LZ)는 레이저 광선(B)을 집광하여, 조사구(30n)의 바로 아래에 있는 이면(2b) 상의 조사 위치(Pb)에 소정의 빔 프로파 일, 예를 들어 원형을 형성한다. 조사구(30n)의 바로 아래로 이동된 미소 액적(Fb)의 스폿(도트(D))이 액체 렌즈(LZ)의 초점 심도의 범위에 포함되도록 액체 렌즈(LZ)의 렌즈 계수는 결정된다. 액체 렌즈(LZ)의 렌즈 계수는 이면(2b) 상의 빔 직경을 목표 도트 직경(Ra)에 일치시키도록 설정되는 것이 바람직하다. 조사구(30n)는 레이저 광선(B)의 출구(출사구) 및 투과액(FT)의 출구로서 기능하는 액체 렌즈 홀더이다.

한편, 투과액(FT)이 토출 압력으로 투과액 유로(36)에 공급되면, 조사구(30n)의 액체 계면이 액체 렌즈(LZ)보다도 하방으로 돌출하고, 돌출된 투과액(FT)의 일부가 액적이 되어 토출된다. 이 투과액(FT)의 토출 동작을 소정의 빈도(예를 들어 노즐면(31a)의 세정마다)로 반복하여, 액체 렌즈(LZ)의 광학 특성을 유지한다.

액체 렌즈(LZ)의 광축(중심축(CN))과 기판(2)의 교점을 조사 위치(Pb)라고 부른다. 조사 위치(Pb)와 착탄 위치(Pa) 사이의 거리(L)는 아래와 같이 결정된다.

우선, 초고속 카메라에 의해, 토출 노즐(N)이 토출한 미소 액적(Fb)을 관측하여, 그 미소 액적(Fb)의 액체 직경이 기판(2)에 착탄했을 때(착탄 시)부터 목표 도트 직경(Ra)이 될 때까지의 시간(목표 조사 기간(Ta))을 계측한다. 목표 조사 기간(Ta)은 착탄한 미소 액적(Fb)의 직경이 목표 도트 직경(Ra)에 도달하는데 필요한 시간이다. 거리(L)는 착탄 위치(Pa)에 착탄한 미소 액적(Fb)이 액적 반송 속도(Vy)로 목표 조사 기간(Ta) 동안 이동하는 거리이다. 거리(L)는 목표 조사 기간(Ta)과 액적 반송 속도(Vy)를 적산해서 얻어진다. 일례에서는, 목표 조사 기간 (Ta)은 500마이크로 초이고, 액적 반송 속도(Vy)는 20O㎜/초이며, 거리(L)는 100㎛이다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 진동판(35)의 상측으로, 조사구(30n)(액체 렌즈(LZ))의 바로 위에는 레이저원으로서의 반도체 레이저 어레이(LD)가 배열 설치되어 있다. 반도체 레이저 어레이(LD)는 그 반도체 레이저 어레이(LD)를 구동 제어하기 위한 신호(레이저 구동 전압(VDL)를 받으면, 소정의 파장(예를 들어 800nm)의 레이저 광선(B)을 진동판(35)측으로 출사하고, 진동판(35) 및 투과액 유로(36)(투과액(FT))를 거쳐, 그 레이저 광선(B)을 조사구(30n)(액체 렌즈(LZ))까지 유도하도록 배열 설치되어 있다.

그 레이저 광선(B)의 출력값은 투과액 유로(36) 및 조사구(30n) 내의 투과액(FT)의 온도가 거의 상승하지 않는 에너지를 갖고, 또한 상기 집광 심도의 범위에 있어서, 미소 액적(Fb)(기능액(FD))의 분산매를 건조시키고, 금속 미립자를 소성시키는 에너지를 갖도록 설정된다.

조사 위치(Pb)의 미소 액적(Fb)에 액체 렌즈(LZ)가 집광한 레이저 광선(B)을 조사하면, 그 미소 액적(Fb)이 건조·소성되어, 목표 도트 직경(Ra)을 갖는 도트(D)가 형성된다.

다음으로, 상기한 바와 같이 구성된 액적 토출 장치(20)의 전기적 구성을 도 9를 따라 설명한다.

도 9에 있어서, 제어 장치(40)에는 외부 컴퓨터 등의 입력 장치(41)로부터 각종 데이터를 수신하는 I/F부(42)와, CPU 등으로 이루어지는 제어부(43), DRAM 및 SRAM으로 이루어져 각종 데이터를 저장하는 RAM(44), 각종 제어프로그램을 저장하는 ROM(45)이 구비되어 있다. 제어 장치(40)에는 구동 파형 생성 회로(46), 각종구동 신호를 동기하기 위한 클록 신호(CLK)를 생성하는 발진 회로(47), 반도체 레이저 어레이(LD)를 구동하기 위한 레이저 구동 전압(VDL)을 생성하는 전원 회로(48), 각종 구동 신호를 송신하는 I/F부(49)가 구비되어 있다. 제어 장치(40)에서는 이들 I/F부(42), 제어부(43), RAM(44), ROM(45), 구동 파형 생성 회로(46), 발진 회로(47), 전원 회로(48) 및 I/F부(49)는 버스(40a)를 거쳐 서로 접속되어 있다.

I/F부(42)는 입력 장치(41)로부터, 액체 렌즈(LZ)를 형성하기 위한 투과액(FT)의 압력(렌즈 형성 압력 및 토출 압력)을 기정(旣定) 형식의 압력 데이터(Ia)로서 수신한다. I/F부(42)는 입력 장치(41)로부터 가동 스테이지(23)의 액적 반송 속도(Vy)를 기정(旣定) 형식의 속도 데이터(Ib)로서 수신한다. I/F부(42)는 입력 장치(41)로부터 기판(2)의 제품 번호나 로트 번호 등의 식별 데이터를 공지의 방법으로 2차원 코드화된 식별 코드(10)의 화상을 기정 형식의 묘화 데이터(Ic)로서 수신한다.

제어부(43)는 I/F부(42)가 수신한 압력 데이터(Ia) 및 속도 데이터(Ib)를 RAM(44)에 저장한다. 제어부(43)는 I/F부(42)가 수신한 압력 데이터(Ia), 속도 데이터(Ib) 및 묘화 데이터(Ic)에 의거하여 식별 코드 작성 처리 동작을 실행한다. 즉, 제어부(43)는 RAM(44)을 처리 영역으로서, ROM(45) 등에 저장된 제어 프로그램(예를 들어, 식별 코드 작성 프로그램)에 따라, 가동 스테이지(23)를 이동시켜 기 판(2)의 반송 처리 동작을 행하고, 토출 헤드(30)의 각 압전 소자(PZ)를 구동시켜 액적 토출 처리 동작을 행한다. 제어부(43)는 식별 코드 작성 프로그램에 따라, 각 반도체 레이저 어레이(LD)를 구동시켜 토출한 미소 액적(Fb)을 건조·소성시킨다.

상세하게 설명하면, 제어부(43)는 I/F부(42)가 수신한 묘화 데이터(Ic)를 전개하고, 2차원 묘획 평면(코드 형성 영역(S)) 위에서의 각 셀(C)에 미소 액적(Fb)을 토출하는지의 여부를 나타내는 비트맵데이터(BMD)를 생성하여 RAM(44)에 저장한다. 이 비트맵데이터(BMD)는 압전 소자(PZ)에 대응하여 16×16 비트의 비트 길이를 갖는 시리얼 데이터이고, 각 비트의 값(0 또는 1)에 따라, 압전 소자(PZ)의 온 또는 오프를 규정하는 것이다.

제어부(43)는 묘화 데이터(Ic)에 비트맵데이터(BMD)의 전개 처리와 다른 전개 처리를 실시하고, 압전 소자(PZ)에 인가하는 압전 소자 구동 신호(VDP)의 파형 데이터를 생성하여, 구동 파형 생성 회로(46)에 공급한다. 구동 파형 생성 회로(46)는 제어부(43)가 생성한 파형 데이터를 저장하는 파형 메모리(46a)와, 이 파형 데이터를 디지털/아날로그 변환하여 아날로그 신호를 생성하고 출력하는 D/A변환부(46b)와, D/A변환부로부터 출력되는 아날로그의 파형 신호를 증폭하는 신호 증폭부(46c)를 구비하고 있다. 구동 파형 생성 회로(46)는 파형 메모리(46a)에 저장된 파형 데이터를 D/A변환부(46b)에 의해 디지털/아날로그 변환하고, 아날로그 신호의 파형 신호를 신호 증폭부(46c)에 의해 증폭하여 압전 소자 구동 신호(VDP)를 생성한다.

제어부(43)는 I/F부(49)를 통하여 비트맵데이터(BMD)를 발진 회로(47)가 생성하는 클록 신호(CLK)에 동기시킨 토출 제어 신호(SI)로서, 헤드 구동 회로(51)(시프트 레지스터(51a))에 차례로 시리얼 전송한다. 제어부(43)는 전송된 토출 제어 신호(SI)를 래치하기 위한 래치 신호(LAT)를 헤드 구동 회로(51)에 공급한다. 제어부(43)는 발진 회로(47)가 생성하는 클록 신호(CLK)에 동기시켜, 압전 소자 구동 신호(VDP)를 헤드 구동 회로(51)(스위치 회로(59))에 공급한다.

제어 장치(40)에는 I/F부(49)를 통하여 가압 펌프 구동 회로(50)가 접속되고, 가압 펌프 구동 회로(50)를 통하여 압력 센서(37)가 접속되어 있다. 제어 장치(40)는 RAM(44)에 저장되는 압력 데이터(Ia)와 압력 센서(37)가 검출하는 검출 신호를 참조하여, 가압 펌프 구동 회로(50)에 펌프 구동 제어 신호를 공급한다. 가압 펌프 구동 회로(50)는 제어 장치(40)로부터의 펌프 구동 제어신호에 응답하여, 가압 펌프(38)를 구동하고, 투과액(FT)의 압력을 렌즈 형성 압력(또는, 토출 압력)으로 제어한다.

제어 장치(40)에는 I/F부(49)를 통하여 헤드 구동 회로(51)가 접속되어 있다. 그 헤드 구동 회로(51)에는 시프트 레지스터(56), 래치 회로(57), 레벨 시프터(58) 및 스위치 회로(59)가 구비되어 있다. 시프트 레지스터(56)는 클록 신호(CLK)에 동기하여 제어 장치(40)(제어부(43))가 전송한 토출 제어 신호(SI)를 16개의 압전 소자(PZ)(PZ1∼PZ16)에 대응시켜 시리얼/패러렐 변환한다. 래치 회로(57)는 시프트 레지스터(56)의 패러렐 변환한 16비트의 토출 제어 신호(SI)를 제어 장치(40)(제어부(43))로부터 입력되는 래치 신호(LAT)에 동기하여 래치하고, 래치한 토출 제어 신호(SI)를 레벨 시프터(58) 및 레이저 구동 회로(52)로 공급한다. 레벨 시프터(58)는 래치 회로(57)가 래치한 토출 제어 신호(SI)를 스위치 회로(59)가 구동하는 전압까지 승압하여, 16개의 압전 소자(PZ)에 대응하는 개폐 신호(GS1)를 생성한다. 스위치 회로(59)에는 각 압전 소자(PZ)에 대응하는 스위치 소자(Sa1∼Sa16)가 구비된다. 각 스위치 소자(Sa1∼Sa16)에는 공통의 압전 소자 구동 신호(VDP)가 입력된다. 각 스위치 소자(Sa1∼Sa16)는 대응하는 압전 소자(PZ) (PZ1∼PZ16)와 접속된다. 각 스위치 소자(Sa1∼Sa16)에는 레벨 시프터(58)로부터 대응하는 개폐 신호(GS1)가 입력되고, 개폐 신호(GS1)에 따라 압전 소자 구동 신호(VDP)를 압전 소자(PZ)에 공급하는지의 여부를 제어한다.

즉, 액적 토출 장치(20)는 구동 파형 생성 회로(46)가 생성한 압전 소자 구동 신호(VDP)를 각 스위치 소자(Sa1∼Sa16)를 통하여 대응하는 각 압전 소자(PZ)에 공통으로 인가하는 동시에, 그 스위치 소자(Sa1∼Sa16)의 개폐를 제어 장치(40)(제어부(43))가 공급하는 토출 제어 신호(SI)(개폐 신호(GS1))로 제어하도록 하고 있다. 스위치 소자(Sa1∼Sa16)가 닫히면, 스위치 소자(Sa1∼Sa16)에 대응하는 압전 소자(PZ1∼PZ16)에 압전 소자 구동 신호(VDP)가 공급되고, 압전 소자(PZ)에 대응하는 노즐(N)로부터 미소 액적(Fb)이 토출된다.

도 10은 래치 신호(LAT), 토출 제어 신호(SI) 및 개폐 신호(GS1)의 펄스 파형과, 개폐 신호(GS1)에 응답하여 압전 소자(PZ)에 인가되는 압전 소자 구동 신호(VDP)의 파형을 나타낸다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 헤드 구동 회로(51)에 입력되는 래치 신호(LAT) 가 하강하면 16비트 분의 토출 제어 신호(SI)에 의거하여 개폐 신호(GS1)가 생성되고, 개폐 신호(GS1)가 상승했을 때, 대응하는 압전 소자(PZ)에 압전 소자 구동 신호(VDP)가 공급된다. 압전 소자 구동 신호(VDP)의 전압값의 상승과 함께 압전 소자(PZ)가 수축되어 캐비티(32) 내에 기능액(FD)이 흡입되고, 압전 소자 구동 신호(VDP)의 전압값의 하강과 함께 압전 소자(PZ)가 연장되어 캐비티(32) 내의 기능액(FD)이 압출되는, 즉 미소 액적(Fb)이 토출된다. 미소 액적(Fb)을 토출시키면, 압전 소자 구동 신호(VDP)의 전압값은 초기 전압까지 되돌아가고, 압전 소자(PZ)의 구동에 의한 미소 액적(Fb)의 토출 동작이 종료된다.

제어 장치(40)에는 I/F부(49)를 통하여 레이저 구동 회로(52)가 접속되어 있다. 레이저 구동 회로(52)에는 지연 펄스 생성 회로(61)와 스위치 회로(62)가 구비되어 있다. 지연 펄스 생성 회로(61)는 래치 회로(57)가 래치한 토출 제어 신호(SI)를 소정의 시간(대기 시간(T))만큼 지연시킨 펄스 신호(개폐 신호(GS2))를 생성하고 개폐 신호(GS2)를 스위치 회로(62)에 공급한다.

대기 시간(T)에 대해서 설명한다. 대기 시간(T)은 압전 소자(PZ) 변위를 개시 시(개폐 신호(GS1)가 상승했을 때)부터 미소 액적(Fb)의 착탄 시까지의 시간(토출 시간(Tb))에 목표 조사 기간(Ta)(＝L/Vy＝500마이크로 초)을 가산한 시간(대기 시간(T)＝Ta＋Tb)으로 설정되어 있다. 바꾸어 말하면, 대기 시간(T)은 압전 소자(PZ)의 변위의 개시시부터, 미소 액적(Fb)의 액적 직경이 목표 도트 직경(Ra)에 도달할 때까지의 시간으로 설정되어 있다.

따라서, 레이저 구동 회로(52)는 미소 액적(Fb)의 액적 직경이 목표 도트 직 경(Ra)이 될 때, 개폐 신호(GS2)를 스위치 회로(62)에 공급한다.

스위치 회로(62)에는, 각 반도체 레이저 어레이(LD)에 대응하는 스위치 소자(Sb1∼Sb16)가 구비되어 있다. 각 스위치 소자(Sb1∼Sb16)의 입력측에는 전원 회로(48)가 생성한 공통된 레이저 구동 전압(VDL)이 입력되고, 출력측에는 대응하는 각 반도체 레이저 어레이(LD)(LD1∼LD16)에 접속되어 있다. 각 스위치 소자(Sb1∼Sb16)에는 지연 펄스 생성 회로(61)로부터 대응하는 개폐 신호(GS2)가 입력되고, 개폐 신호(GS2)에 따라 레이저 구동 전압(VDL)을 반도체 레이저 어레이(LD)에 공급하는지의 여부를 제어한다.

액적 토출 장치(20)는 전원 회로(48)가 생성한 레이저 구동 전압(VDL)을 각 스위치 소자(Sb1∼Sb16)를 통하여, 대응하는 각 반도체 레이저 어레이(LD)에 공통으로 인가하는 동시에, 그 스위치 소자(Sb1∼Sb16)의 개폐를 제어 장치(40)(제어부(43))가 공급하는 토출 제어 신호(SI)(개폐 신호(GS2))에 의해 제어하도록 하고 있다. 스위치 소자(Sb1∼Sb16)가 닫히면, 스위치 소자(Sb1∼Sb16)에 대응하는 반도체 레이저 어레이(LD1∼LD16)에 레이저 구동 전압(VDL)이 공급되고, 대응하는 반도체 레이저 어레이(LD)로부터 레이저 광선(B)이 출사된다.

따라서, 레이저 구동 회로(52)는 미소 액적(Fb)의 액적 직경이 목표 도트 직경(Ra)이 될 때, 대응하는 스위치 소자(Sb1∼Sb16)를 닫고, 대응하는 반도체 레이저 어레이(LD1∼LD16)로부터 레이저 광선(B)을 출사시킨다.

지연 펄스 생성 회로(61)에서는, 개폐 신호(GS2)의 펄스 시간 폭을 l개의 셀(C)이 레이저 광선(B)(빔 직경)을 통과하는 시간(펄스 시간 폭 Tsg＝Ra/Vy)으로 설 정하고 있다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 래치 신호(LAT)가 헤드 구동 회로(51)에 입력되면, 대기 시간(T)을 경과했을 때 개폐 신호(GS2)가 상승되고, 대응하는 반도체 레이저 어레이(LD)에 레이저 구동 전압(VDL)이 인가된다. 그러면, 대응하는 반도체 레이저 어레이(LD)로부터 레이저 광선(B)이 출사되고, 개폐 신호(GS2)의 펄스 시간 폭(Tsg) 정도만큼, 레이저 광선(B)의 조사가 행해진다. 이 사이에, 목표 도트 직경(Ra)의 미소 액적(Fb)이 액체 렌즈(LZ)로 집광된 레이저 광선(B)을 통과한다. 개폐 신호(GS2)가 하강하면, 레이저 구동 전압(VDL)의 공급이 차단되고, 반도체 레이저 어레이(LD)에 의한 건조·소성이 종료된다.

제어 장치(40)에는 I/F부(49)를 통하여 기판 검출 장치(53)가 접속되어 있다. 기판 검출 장치(53)는 기판(2)의 가장자리를 검출하고, 제어 장치(40)에 의해 토출 헤드(30)(노즐(N))의 바로 아래를 통과하는 기판(2)의 위치를 산출 시에 이용된다.

제어 장치(40)에는, I/F부(49)를 통하여 X축 모터 구동 회로(54)가 접속되고, X축 모터구동 회로(54)에 X축 모터 구동 제어 신호를 공급한다. X축 모터 구동 회로(54)는 제어 장치(40)로부터의 X축 모터 구동 제어 신호에 응답하여, 캐리지(29)를 왕복 이동시키는 X축 모터(MX)를 정전(正轉) 또는 역전(逆轉)시킨다. X축 모터(MX)의 회전 방향에 따라 캐리지(29)는 X축에 따라 변위한다.

제어 장치(40)에는 X축 모터 구동 회로(54)를 통하여 X축 모터 회전 검출기(54a)가 접속되고, X축 모터 회전 검출기(54a)로부터의 검출 신호가 입력된다. 제 어 장치(40)는 이 검출 신호에 의거하여 X축 모터(MX)의 회전 방향 및 회전량을 검출하고, 토출 헤드(30)(캐리지(29))의 X화살표 방향의 이동량과 이동 방향을 연산한다.

제어 장치(40)에는 I/F부(49)를 통하여 Y축 모터 구동 회로(55)가 접속되고, RAM(44)에 저장된 속도 데이터(Ib)를 참조하여, Y축 모터 구동 회로(55)에 Y축 모터 구동 제어 신호를 공급한다. Y축 모터 구동 회로(55)는 제어 장치(40)로부터의 Y축 모터 구동 제어신호에 응답하여, 가동 스테이지(23)를 왕복 이동시키는 Y축 모터(MY)를 정전 또는 역전시키고, 가동 스테이지(23)(착탄한 미소 액적(Fb))를 액적 반송 속도(Vy)(예를 들어 200㎜/초)로 이동시킨다. 예를 들어, Y축 모터(MY)를 정전시키면 가동 스테이지(23)(기판(2))는 액적 반송 속도(Vy)로 Y화살표 방향으로 이동하고, 역전시키면 가동 스테이지(23)(기판(2))는 액적 반송 속도(Vy)로 반(反)Y화살표 방향으로 이동한다.

제어 장치(40)에는 Y축 모터 구동 회로(55)를 통하여 Y축 모터 회전 검출기 (55a)가 접속되고, Y축 모터 회전 검출기(55a)로부터의 검출 신호가 입력된다. 제어 장치(40)는 Y축 모터 회전 검출기(55a)로부터의 검출 신호에 의거하여, Y축 모터(MY)의 회전 방향 및 회전량을 검출하여 토출 헤드(30)에 대한 기판(2)의 Y화살표방향의 이동 방향 및 이동량을 연산한다.

다음으로, 액적 토출 장치(20)를 사용하여 식별 코드(10)를 기판(2)의 이면(2b)에 형성하는 방법에 대해서 설명한다.

우선, 도 5에 나타낸 바와 같이 제 1 위치에서 가동 스테이지(23) 위에 기판 (2)을 이면(2b)이 상측이 되도록 배치 고정한다. 이때, 기판(2)의 Y화살표 방향측의 변은 안내교(26)보다 반Y화살표 방향측으로 배치되어 있다.

이 상태에서, 제어 장치(40)는 X축 모터(MX)를 구동 제어하고 캐리지(29)(토출 헤드(30))를 제 1 위치로부터 X화살표 방향으로 반송시킨다. 기판(2)이 Y화살표 방향으로 이동했을 때, 각 토출 노즐(N)(조사구(30n))의 바로 아래를 대응하는 셀(C)이 통과하는 위치에 캐리지(29)를 셋트시킨다. 계속해서, 제어 장치(40)는 가압 펌프(38)를 구동 제어하고, 투과액(FT)의 압력을 렌즈 형성 압력으로 셋트한다. 조사구(30n)에 소정의 액체 렌즈(LZ)를 형성한다.

이 상태에서, 제어 장치(40)는 Y축 모터(MY)를 구동 제어하고 가동 스테이지(23)를 거쳐, 기판(2)을 액적 반송 속도(Vy)(예를 들어 200㎜/초)로 Y화살표 방향으로 반송시킨다. 계속해서, 기판 검출 장치(53)가 기판(2)의 Y화살표 측의 가장자리를 검출하면, 제어 장치(40)는 Y축 모터 회전 검출기(55a)로부터의 검출 신호에 의거하여 1행째의 셀(C)(흑 셀(C1))이 착탄 위치(Pa)까지 반송되었는지의 여부를 연산한다.

이 사이에, 제어 장치(40)는 코드 작성 프로그램에 따라 RAM(44)에 저장된 비트맵 데이터(BMD)에 의거하는 토출 제어 신호(SI)와, 구동 파형 생성 회로(46)에서 생성한 압전 소자 구동 신호(VDP)를 헤드 구동 회로(51)에 공급한다. 제어 장치(40)는 전원 회로(48)에서 생성한 레이저 구동 전압(VDL)을 레이저 구동 회로(52)에 공급한다. 제어 장치(40)는 래치 신호(LAT)를 출력하는 타이밍을 기다린다.

1행째의 셀(C)(흑 셀(C1))이 착탄 위치(Pa)까지 반송되면, 제어 장치(40)는 래치 신호(LAT)를 헤드 구동 회로(51)에 공급한다.

헤드 구동 회로(51)는 제어 장치(40)로부터의 래치 신호(LAT)를 받으면, 토출 제어 신호(SI)에 의거하여 개폐 신호(GS1)를 생성하고, 그 개폐 신호(GS1)를 스위치 회로(59)에 공급한다. 닫힌 상태의 스위치 소자(Sa1∼Sa16)에 대응하는 압전 소자(PZ)에 압전 소자 구동 신호(VDP)를 공급하고, 도 7에 나타낸 바와 같이 대응하는 노즐(N)로부터 압전 소자 구동 신호(VDP)에 따른 미소 액적(Fb)을 일제히 토출한다.

개폐 신호(GS1)가 상승했을 때(압전 소자(PZ)의 변위의 개시시)부터 토출 시간(Tb)을 경과하면, 토출된 미소 액적(Fb)이 일제히 착탄 위치(Pa)(흑 셀(C1))에 착탄한다.

한편, 헤드 구동 회로(51)가 래치 신호(LAT)를 받으면 레이저 구동 회로(52)(지연 펄스 생성 회로(61))는 래치 회로(57)가 래치한 토출 제어 신호(SI)를 받아, 개폐 신호(GS2)의 생성을 개시하고, 그 개폐 신호(GS2)를 스위치 회로(62)에 공급하는 타이밍을 기다린다. 이 사이에, 제어 장치(40)는 기판(2)을 Y화살표 방향으로 이동시켜, 착탄된 미소 액적(Fb)을 조사 위치(Pb)를 향하여 액적 반송 속도(Vy)(예를 들어 200㎜/초)로 이동한다.

착탄 시부터 목표 조사 기간(Ta)(＝L/Vy＝500마이크로 초)만큼 경과하면, 바꾸어 말하면, 압전 소자(PZ)가 변위를 개시하고 나서 대기 시간(T)(＝Ta＋Tb)만큼 경과하면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 착탄 위치(Pa)의 미소 액적(Fb)이 목표 도트 직경(Ra)에 확장 습윤된 상태로 조사 위치(Pb)에 도달한다.

이때, 레이저 구동 회로(52)는 지연 펄스 생성 회로(61)가 생성한 개폐 신호(GS2)를 스위치 회로(62)에 공급하고, 닫힌 상태의 스위치 소자(Sb1∼Sb16)에 대응하는 반도체 레이저 어레이(LD)에 레이저 구동 전압(VDL)을 공급한다. 즉, 대응하는 반도체 레이저 어레이(LD)로부터 레이저 광선(B)을 일제히 출사한다. 출사된 레이저 광선(B)은 조사구(30n)에 형성된 액체 렌즈(LZ)에 의해 집광되고, 목표 도트 직경(Ra)의 미소 액적(Fb)에 일제히 조사된다.

이에 의해, 1행째의 흑 셀(C1) 내에 착탄된 각 미소 액적(Fb)에는 그 액적 직경이 목표 도트 직경(Ra)이 될 때, 집광한 레이저 광선(B)이 일제히 조사된다. 레이저 광선(B)이 조사된 각 미소 액적(Fb)의 분산매가 증발하고 그 금속 미립자가 소성되어, 셀(C)(흑 셀(C1))에 정합한 목표 도트 직경(Ra)의 각 도트(D)가 형성된다.

이후, 마찬가지로 제어 장치(40)는 기판(2)을 액적 반송 속도(Vy)로 이동시키면서, 각 행의 셀(C)이 착탄 위치(Pa)에 도달할 때마다, 그 흑 셀(C1)에 대응하는 노즐(N)로부터 미소 액적(Fb)을 일제히 토출한다. 그 착탄 시부터 목표 조사 기간(Ta)이 경과한 시점에서, 미소 액적(Fb)에 대하여 일제히 레이저 광선(B)이 조사된다.

코드 형성 영역(S)에 형성되는 모든 식별 코드(10)에 도트(D)를 형성하면, 제어 장치(40)는 Y축 모터(MY)를 제어하고 기판(2)을 토출 헤드(30)의 하방 위치로부터 퇴출시킨다.

바람직한 실시예에 의하면 하기의 작용 효과를 얻을 수 있다.

(1) 착탄된 미소 액적(Fb)의 직경이 목표 도트 직경(Ra)에 도달하는데 요하는 시간(목표 조사 기간(Ta))과, 가동 스테이지(23)의 이동 속도(반송 속도(Vy))에 의거하여 이동 거리(L)는 결정된다. 조사구(30n)는 토출 노즐(N)로부터 이동 거리(L)와 같은 거리만큼 이간시킨 위치에 형성된다.

미소 액적(Fb)이 목표 도트 직경(Ra)이 될 때, 그 미소 액적(Fb)이 레이저 광선(B)을 받는다. 따라서, 미소 액적(Fb)의 과잉된 확장 습윤을 회피할 수 있고, 도트(D)의 외경을 목표 도트 직경(Ra)으로 제어할 수 있다.

또한, 토출 노즐(N)에 대하여 상대적으로 위치 결정된 조사구(30n)로부터 레이저 광선(B)을 조사하기 때문에, 레이저 광선(B)의 조사 위치의 위치 어긋남을 회피할 수 있고, 미소 액적(Fb)에 고밀도로 레이저 광선(B)을 조사할 수 있다.

따라서, 레이저 광선(B)의 조사 타이밍을 빨리 하여, 그 조사 위치 정밀도를 향상하는 정도만큼, 도트(D)의 사이즈를 원하는 사이즈, 즉 목표 도트 직경(Ra)으로 제어할 수 있다.

(2) 조사구(30n) 내에 토출 가능한 투과액(FT)을 공급하고, 그 투과액(FT)을 통하여 레이저 광선(B)을 조사한다. 그 결과, 투과액(FT)을 토출함으로써 광로의 광학 특성을 유지할 수 있고 안정된 레이저 광선(B)을 조사할 수 있다. 따라서, 도트(D)의 외경을 안정하게 목표 도트 직경(Ra)으로 제어할 수 있다.

액체 렌즈(LZ)는 조사구(30n)로부터 기판(2)을 향하여 돌출한다. 기판(2)으로부터 가까운 위치에 배치된 액체 렌즈(LZ)가 레이저 광선(B)을 집광하기 때문에, 미소 액적(Fb)이 받는 레이저 광선(B)의 강도는 향상된다.

(3) 조사 위치(Pb)의 미소 액적(Fb)이 액체 렌즈(LZ)의 초점 심도의 범위에 포함되도록, 액체 렌즈(LZ)가 형성된다. 레이저 광선(B)의 집광 때문에, 미소 액적(Fb)은 강도가 증가된 레이저 광선(B)을 받고, 액적(Fb)은 순식간에 건조된다. 또한, 미소 액적(Fb)의 비산(飛散)에 의한 광학계(조사구(30n) 및 유로 36)의 오염도 회피된다. 이에 따라, 미소 액적(Fb)은 강도가 증가된 레이저 광선(B)으로 항상 안정하게 조사된다.

(4) 투과액(FT)은 토출 헤드(30)의 세정액이다. 토출 노즐(N)의 근방에서 그 세정액을 공급함으로써, 토출 노즐(N)은 효과적으로 세정된다. 미소 액적(Fb)의 형상이나 치수의 편차의 발생은 방지되어, 도트(D)의 사이즈를 고밀도로 제어할 수 있다.

(5) 레이저 광선(B)은 조사 위치(Pb)에 있어서, 목표 도트 직경(Ra)에 일치하는 내경을 갖는 원형 형상의 빔 프로파일로 조사된다. 목표 도트 직경(Ra)의 미소 액적(Fb)에 대하여 균일하게 레이저 광선(B)을 조사할 수 있고, 도트(D)의 사이즈를 고밀도로 제어할 수 있다.

(6) 반도체 레이저 어레이(LD)는 토출 헤드(30) 내에 설치된다. 그 결과, 토출 헤드(30)의 외측에 별도의 레이저원을 설치하는 구성에 비하여, 보다 간편한 기계적 구조를 갖는 액적 토출 장치(20)를 제조할 수 있다.

(7) 스위치 소자(Sa1∼Sa16)의 개폐 신호(GS1)와 스위치 소자(Sb1∼Sb16)의 개폐 신호(GS2)는 토출 제어 신호(SI)에 의거하여 생성된다. 개폐 신호(GS1)가 상 승했을 때부터 대기 시간(T)을 경과할 때에 개폐 신호(GS2)는 상승한다. 그 결과, 미소 액적(Fb)을 토출할 때마다, 확실하게 레이저 광선(B)을 출사할 수 있고 각 도트(D)의 외경을 확실하게 목표 도트 직경(Ra)으로 제어할 수 있다.

바람직한 실시예는 아래와 같이 변경할 수도 있다.

투과액(FT)은 토출 헤드(30)의 세정액에 한정되지 않고, 예를 들어, 레이저 광선(B)을 투과하는 기능액(FD)의 분산매나 주용매일 수도 있다.

조사구(30n)는 원형에 한정되지 않고, 예를 들어 타원형이어도 좋다. 타원형의 조사구(30n)에 의하면, 조사 위치(Pb) 근방에서 대략 타원형의 빔 프로파일이 얻어진다. 빔 스폿의 장축을 미소 액적(Fb)의 반송 방향(Y화살표 방향)을 향함으로써, 미소 액적(Fb)을 레이저 광선(B)으로 길게 조사할 수 있다.

원하는 레이저 광선(B)의 강도 분포에 따라, 조사구(30n)의 형상 및 액체 렌즈(LZ)의 형상이나 굴절율을 변경하여도 좋다. 예를 들어, 대략 타원형의 빔 스폿의 장축 방향의 단부(端部)에서 미소 액적(Fb)을 건조시키는 강도의 레이저 광선(B)이 조사되고, 빔 스폿의 중심 부근에서 금속 미립자를 소성시키는 강도의 레이저 광선(B)이 조사되도록 조사구(30n)의 형상 및 액체 렌즈(LZ)의 형상이나 굴절율을 조절하여도 좋다.

이에 의하면, 미소 액적(Fb)을 건조시키기 위한 레이저 광선과 미소 액적(Fb)을 소성시키기 위한 레이저 광선을 차례로 조사할 수 있고, 미소 액적(Fb)으로서 사용 가능한 재료의 종류를 확대할 수 있다.

투과액(FT)을 가압하는 가압 펌프(38) 대신에, 투과액(FT)에 렌즈 형성 압력 을 부여 가능한 가압 소자를 사용하여도 좋다. 예를 들어, 투과액 유로(36) 위의 진동판(35)에 설치된 압전 소자와 같은 가압 소자를 사용하여도 좋다. 이 경우, 투과액(FT)은 그 압전 소자의 연장에 의해 가압된다.

미소 액적(Fb)을 직접 이면(2b)에 착탄시키는 구성으로 하였지만, 이에 한정하지 않고, 이면(2b) 위에 레이저 광선(B)을 흡수하여 열로 변환하는 광열 변환 재료를 도포하고, 그 광열 변환 재료 위에 미소 액적(Fb)을 착탄 시키는 구성으로 하여도 좋다. 이에 의하면, 레이저 광선(B)의 광 에너지에 더하여, 광열 변환 재료의 열 에너지에 의해 미소 액적(Fb)을 건조시킬 수 있고, 보다 높은 정밀도로 도트(D)의 사이즈를 제어할 수 있다.

기판(2)의 이면(2b)에 대하여 친액성을 갖는 미소 액적(Fb)을 토출하지만, 이에 한정하지 않고, 기판(2)의 이면(2b)에 대하여 발액성을 갖는 미소 액적(Fb)을 토출하도록 할 수도 있고, 또는 미소 액적(Fb)에 대하여 발액성을 갖는 기판(2)에 적용할 수도 있다.

기판(2) 위에서 반구면 형상으로 확장 습윤하는 미소 액적(Fb)에 대하여 레이저 광선(B)을 조사하고, 도트(D)를 형성하는 구성으로 하였다. 이에 한정하지 않고, 예를 들어 다공성 기판(예를 들어, 세라믹 다층 기판이나 그린 시트 등)에 침투하는 미소 액적(Fb)에 대하여 레이저 광선(B)을 조사하고, 금속 배선 등의 패턴을 형성하는 구성으로 할 수도 있다.

토출 제어 신호(SI)에 의거하여 개폐 신호(GS2)를 생성하는 구성으로 하였다. 이에 한정하지 않고, 예를 들어 기판검출장치(53)의 검출 신호나 Y축 모터 회 전 검출기(55a) 등의 검출 신호에 의거하여 개폐 신호(CS2)를 생성하는 구성으로 할 수도 있고, 미소 액적(Fb)이 조사 위치(Pb)에 도달하는 타이밍에서 레이저 광선(B)을 조사 가능하게 하는 구성이면 좋다.

레이저원은 반도체 레이저 어레이(LD)에 한정되지 않는다. 기능액(FD)을 투과하여, 미소 액적(Fb)을 건조 가능한 광 에너지의 레이저 광선(B)을 출력하는 레이저원이면, 예를 들어 CO₂ 레이저 장치나 YAG 레이저 장치여도 좋다.

토출 노즐(N)의 수량에 대응하는 반도체 레이저 어레이(LD)에 의해 레이저원을 구성하였지만 이에 한정하지 않고, 레이저 광선원으로부터 출사된 단일의 레이저 광선(B)을 회절 소자 등의 분기 소자에 의해서 16분할하는 구성이어도 좋다.

각 반도체 레이저 어레이(LD)에 대응하는 스위치 소자(Sb1∼Sb16)의 개폐에 의해, 레이저 광선(B)의 조사를 제어하도록 구성하였다. 이에 한정하지 않고, 레이저 광선(B)의 광로에 개폐 가능하게 구성된 셔터를 설치하고, 이 셔터의 개폐 타이밍에 의해 레이저 광선(B)의 조사를 제어하도록 하여도 좋다.

도트(D)는 반원구 이외의 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 도트(D)는 타원형이나 바코드를 구성하는 선일 수도 있다.

패턴을 도트(D)에 구체화하였지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들어 액정 표시 모듈(1)에 구비되는 배향막이나 컬러 필터, 및 반도체 장치 등의 절연막이나 금속 배선의 패턴으로 구체화할 수도 있고, 착탄한 미소 액적(Fb)을 레이저 광선(B)으로 건조시키는 패턴이어도 좋다. 이 경우에도, 패턴의 사이즈를 원하는 사이즈 로 제어할 수 있다.

기판을 투명 유리 기판(2)으로 구체화하였지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들어 실리콘 기판이나 플렉시블 기판, 또는 금속 기판이어도 좋다.

가압 수단을 압전 소자(PZ)로 구체화하였지만, 압전 소자(PZ) 이외의 방법으로 압력실(캐비티(32))을 가압하는 가압 수단을 사용하여 실시할 수도 있다. 이 경우에도, 패턴의 사이즈를 원하는 사이즈로 제어할 수 있다.

도트(D)를 형성하기 위한 액적 토출 장치(20)로 구체화하였지만, 예를 들어 상기 절연막이나 금속 배선을 형성하기 위한 액적 토출 장치에 적용할 수도 있다. 이 경우에도 패턴의 사이즈를 원하는 사이즈로 제어할 수 있다.

도트(D)(식별 코드(10))를 액정 표시 모듈(1)에 적용하였다. 이에 한정하지 않고, 예를 들어 유기 일렉트로루미네선스 표시 장치의 표시 모듈일 수도 있고, 또는 평면 형상의 전자 방출 소자를 구비하고, 이 소자로부터 방출된 전자에 의한 형광 물질의 발광을 이용한 전계 효과형 장치(FED나 SED 등)를 구비한 표시 모듈일 수도 있다.

본 발명에 의하면, 착탄된 액적을 건조시키는 타이밍을 빨리 하여, 액적의 스폿 사이즈를 제어한 액적 토출 장치 및 액적 토출 헤드를 제공할 수 있다.

Claims

기판(2)을 향하여 액적(Fb)을 토출하는 액적 토출 장치(20)로서,

상기 기판(2)에 대면하여, 상기 액적(Fb)을 토출하는 노즐(N)을 갖는 액적 토출 헤드(30)와,

상기 기판에 착탄된 액적의 스폿을 조사하는 레이저광을 생성하는 레이저원 (LD)과,

상기 액적 토출 헤드에 있어서, 상기 노즐에 인접하여 형성된 조사구(30n)와,

상기 액적 토출 헤드에 설치되어, 상기 레이저광을 투과하는 투과액(FT)을 수용하고, 상기 레이저 광선을 상기 조사구로 유도하는 유로(36)를 구비하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 투과액은 상기 액적과 상용성(相溶性)인 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 투과액은 상기 노즐을 세정하는 세정액인 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유로는, 상기 조사구의 근방에서, 상기 투과액을 발액하는 발액성을 구비한 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 조사구는 원형인 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 조사구는 타원형인 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 투과액을 가압함으로써, 상기 스폿에 상기 레이저 광선을 집광하는 액체 렌즈(LZ)를 상기 조사구에 형성하는 렌즈 형성 기구(38)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스폿의 외경(外俓)은 상기 액적이 상기 기판에 착탄하고 나서의 시간의 경과에 따라 변화하는 것이며,

상기 스폿의 외경이 소정치에 도달하는 타이밍에서 상기 스폿이 상기 조사구 에 정면으로 대하도록, 상기 기판을 반송하는 반송 스테이지(23)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
기판(2)과 함께 사용할 수 있는 액적 토출 헤드(30)로서,

상기 기판을 향하여 액적(Fb)을 토출하는 노즐(N)과,

상기 노즐의 근방에 설치된 조사구(30n)로서, 그곳을 통하여 상기 기판에 착탄된 액적의 스폿을 건조시키기 위한 레이저 광선이 출력되는 상기 조사구(30n)를 구비하며,

상기 조사구는 상기 레이저 광선을 투과하는 투과액(FT)의 일부를 유지하고, 상기 레이저 광선은 상기 조사구에 유지된 상기 투과액의 일부를 투과하여 상기 헤드로부터 출사되는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
삭제
제 9 항에 있어서,

상기 조사구에 유지된 상기 투과액의 일부는 상기 기판에 착탄된 상기 액적의 스폿에 상기 레이저 광선을 집광하는 액체 렌즈(LZ)를 형성하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
제 9 항에 있어서,

상기 레이저 광선을 생성하는 레이저원(LD)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
기판(2)을 향하여 액적(Fb)을 토출하는 액적 토출 장치(20)로서,

레이저 광선(B)을 생성하는 레이저원(LD)과,

상기 기판(2)에 대면하여 상기 액적(Fb)을 토출하는 노즐(N)과, 상기 노즐과 정렬된 레이저 조사구(30n)를 포함하는 면(31a)을 포함하는 헤드(30)와,

상기 액적 토출 헤드 내에 구획되고 상기 레이저 조사구에 연통하여, 투과액(FT)을 상기 레이저 조사구에 공급하는 유로(36)와,

상기 투과액(FT)의 일부는 상기 레이저 조사구를 채워 액체 렌즈를 형성하는 것이고, 상기 액체 렌즈는 상기 기판에 착탄된 액적의 스폿에 상기 레이저 광선을 집광하는 것이며,

상기 투과액(FT)에 제어된 압력을 부여하여 상기 투과액의 일부를 상기 레이저 조사구로부터 배출하는 펌프(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 투과액은 상기 레이저 조사구를 세정하는 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 레이저 조사구는 액체 렌즈 홀더 및 상기 투과액의 배출구로서 기능하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 레이저 광선은 상기 유로의 일부를 통과하여 상기 레이저 조사구로부터 출사되는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.