KR20070038002A

KR20070038002A - 패턴 형성 방법 및 액적 토출 장치

Info

Publication number: KR20070038002A
Application number: KR1020060095883A
Authority: KR
Inventors: 히로츠나 미우라
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2007-04-09
Also published as: JP4400542B2; JP2007098283A; KR100778427B1; US20070076077A1; TW200722291A; CN1944050A

Abstract

토출 헤드 부근에는 레이저 헤드가 설치되어 있다. 레이저 헤드로부터 조사된 레이저광은, 기판 표면의 기판 반사 위치에 임계각(臨界角)으로 입사된 후, 토출 헤드를 향하여 전반사된다. 그리고, 기판에서 반사된 레이저광은 노즐 플레이트의 반사면에 의해 기판을 향하여 전반사되어, 기판 표면의 조사 위치에 조사각(임계각)으로 입사된다.

기판 스테이지, 액적 토출 헤드, 레이저 헤드, 캐비티

Description

패턴 형성 방법 및 액적 토출 장치{METHOD FOR FORMING A PATTERN AND LIQUID EJECTION APPARATUS}

도 1은 본 실시예의 패턴 형성 방법에 의한 패턴을 구비한 액정 표시 장치를 나타낸 평면도.

도 2는 액적 토출 장치를 나타낸 개략 사시도.

도 3은 액적 토출 헤드 및 레이저 헤드를 나타낸 개략 사시도.

도 4는 액적 토출 헤드 및 레이저 헤드를 나타낸 개략 단면도.

도 5는 액적 토출 장치의 전기 회로를 나타낸 블록도.

도 6은 변경예의 액적 토출 헤드 및 레이저 헤드를 나타낸 개략 단면도.

도 7은 변경예의 액적 토출 헤드 및 레이저 헤드를 나타낸 개략 단면도.

도 8은 변경예의 액적 토출 헤드 및 레이저 헤드를 나타낸 개략 단면도.

도 9는 종래예의 액적 토출 장치를 나타낸 개략 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2: 기판 2a: 표면

S: 코드 형성 영역 10: 식별 코드

20: 액적 토출 장치 21: 베이스(base)

22: 안내 홈 23: 기판 스테이지

24: 안내 부재 25: 수용 탱크

26: 안내 레일 27: 캐리지

30: 토출 헤드 36: 레이저 헤드

본 발명은 패턴 형성 방법 및 액적 토출 장치에 관한 것이다.

종래, 액정 표시 장치나 일렉트로루미네선스 표시 장치 등의 표시 장치에는 화상을 표시하기 위한 기판이 구비되어 있다. 이러한 기판에는, 품질 관리나 제조 관리를 목적으로 하여, 제조원이나 제품 번호 등의 정보를 코드화한 식별 코드(예를 들어 2차원 코드)가 형성되어 있다. 식별 코드는 식별 코드를 재생하기 위한 구조체(유색(有色) 박막이나 오목부 등의 도트)로 이루어진다. 그 구조체는 다수의 도트 형성 영역(데이터 셀)에 소정의 패턴으로 형성되어 있다.

식별 코드의 형성 방법으로서, 예를 들어 일본국 공개특허평11-77340호 공보, 일본국 공개특허2003-127537호 공보에는 스퍼터링법을 이용하여 코드 패턴을 성막(成膜)하는 레이저 스퍼터링법이나, 연마제를 함유하는 물을 기판에 분사(噴射)하여 코드 패턴을 각인(刻印)하는 워터젯법(waterjet method) 등이 기재되어 있다.

그러나, 레이저 스퍼터링법에서는, 원하는 사이즈의 코드 패턴을 얻기 위해, 금속 포일(foil)과 기판의 갭을 수∼수십㎛로 조정할 필요가 있다. 따라서, 기판 및 금속 포일의 각 표면에는 매우 높은 평탄성이 요구되고, 또한 기판과 금속 포일의 갭을 ㎛오더(order)의 정밀도로 조정해야만 한다. 그 결과, 식별 코드를 형성할 수 있는 기판이 제한되기 때문에, 식별 코드의 범용성이 손상된다는 결점이 있다. 또한, 워터젯법에서는, 코드 패턴의 각인 시에 물이나 티끌이나 연마제 등이 비산(飛散)되기 때문에, 기판이 오염된다는 결점이 있다.

최근 이러한 생산상의 문제를 해소하기 위해, 식별 코드의 형성 방법으로서, 잉크젯법이 주목받고 있다. 잉크젯법에서는, 금속 미립자를 함유하는 액적을 노즐로부터 토출하고, 상기 액적을 건조시켜 도트가 형성된다. 이 방법을 이용함으로써, 기판의 대상 범위를 넓힐 수 있고, 또한 식별 코드를 형성할 때에, 기판의 오염을 회피할 수도 있다.

그러나, 잉크젯법에서는, 기판에 착탄(着彈)된 액적을 건조시킬 경우, 기판의 표면 상태나 액적의 표면장력 등에 기인하여 이하의 문제를 초래할 우려가 있다. 즉, 액적이 기판 표면에 착탄된 후, 그 액적은 시간의 경과에 따라 기판 표면에서 습윤 확장된다. 이 때문에, 액적을 건조시키는데 소정 시간(예를 들어 100㎳) 이상 필요로 하면, 액적이 데이터 셀로부터 비어져 나오게 되어, 그 데이터 셀에 인접하는 데이터 셀까지 침입하는 경우가 있다. 따라서, 코드 패턴이 잘못 형성될 우려가 있다.

이러한 문제는, 기판 위의 액적에 대하여 레이저광을 조사하여 액적을 순식간에 건조시킴으로써 회피할 수 있다고 생각된다. 그러나, 도 9에 나타낸 바와 같이, 액적(Fb)이 액적 토출 헤드(101) 바로 아래에 위치하고 있을 때, 액적 토출 헤 드(101)와 기판(102) 사이의 좁은 공간으로부터 기판 위의 액적에 대하여 레이저광(B)을 조사해야만 한다. 즉, 레이저광(B)의 광축(光軸)(A)을 기판(102)의 법선(法線)(H)에 대하여 크게 경사지게 하여 레이저광(B)을 조사해야만 한다. 이 경우, 광축(A)의 경사 각도가 커지는 것에 따라, 기판 표면에 형성되는 레이저광(B)의 빔 스폿(spot)도 커진다. 따라서, 레이저광(B)의 조사 강도가 저하되고, 레이저광(B)의 조사 위치 정밀도가 저하된다는 문제가 있었다.

본 발명은 레이저광의 조사 강도(强度)나 조사 위치 정밀도를 향상시키고, 또한 패턴 형상에 관한 제어성을 향상시킬 수 있는 패턴 형성 방법 및 액적 토출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 형태에 의하면, 기판과 대향하는 토출 헤드에 설치된 토출구로부터 패턴 형성 재료를 함유하는 액적을 토출하고, 기판에 착탄(着彈)된 액적에 레이저광을 조사하여 패턴을 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법에서는, 기판을 향하여 레이저광을 출사(出射)하고, 토출구 부근에 설치된 반사 부재에 의해, 기판에서 반사된 레이저광을 기판 위의 액적이 착탄된 영역을 향하여 반사한다.

본 발명의 제 2 형태에 의하면, 기판과 대향하는 토출구를 갖고, 그 토출구로부터 액적을 토출하는 토출 헤드와, 상기 기판을 향하여 레이저광을 출사하는 레이저 광원을 구비한 액적 토출 장치가 제공된다. 이 액적 토출 장치는, 토출구 근방에 설치되고, 기판에서 반사된 레이저광을 기판 위의 액적이 착탄된 영역을 향하 여 반사하기 위한 반사 부재를 구비하고 있다.

이하, 본 발명의 패턴 형성 방법을 이용하여 형성한 식별 코드를 갖는 액정 표시 장치에 대해서 도 1 내지 도 5에 따라 설명한다. 본 방법을 설명할 때에, 화살표 X방향, 화살표 Y방향, 화살표 Z방향을 도 2에 나타낸 바와 같이 정의한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 액정 표시 장치(1)는 사각형 형상의 유리 기판(이하, 기판이라고 함)(2)을 구비하고 있다. 기판(2) 표면(2a)의 대략 중앙에는 액정 분자를 봉입(封入)한 사각형 형상의 표시부(3)가 형성되고, 표시부(3) 외측에는 주사선 구동 회로(4) 및 데이터선 구동 회로(5)가 형성된다. 액정 표시 장치(1)에서는, 주사선 구동 회로(4)로부터 공급되는 주사 신호와 데이터선 구동 회로(5)로부터 공급되는 데이터 신호에 의거하여 액정 분자의 배향 상태가 제어된다. 그리고, 조명 장치(도시 생략)로부터 조사되는 평면광이 액정 분자의 배향 상태에 따라 변조됨으로써, 기판(2)의 표시부(3)에 화상이 표시된다.

기판(2) 표면(2a)의 좌측 코너에는 액정 표시 장치(1)의 제조 번호나 제조 로트를 나타내는 식별 코드(10)가 형성되어 있다. 식별 코드(10)는 복수의 도트(D)로 이루어지고, 코드 형성 영역(S) 내에 소정의 패턴으로 형성된다. 코드 형성 영역(S)은 8행×8열로 이루어지는 64개의 데이터 셀(C)로 이루어지고, 각 데이터 셀(C)은 1㎜×1㎜의 정사각형 코드 형성 영역(S)을 균등하게 가상적으로 분할하여 형성된다. 각 셀(C) 내에 대하여 선택적으로 도트(D)가 형성됨으로써, 식별 코드(10)가 형성된다. 여기서는, 도트(D)가 형성되는 셀(C)을 패턴 형성 위치로서의 흑색 셀(C1), 도트(D)가 형성되지 않는 셀(C)을 백색 셀(C0)로 하여 이하에 기재한 다. 또한, 각 흑색 셀(C1)의 중심 위치를 「목표 토출 위치 P」, 데이터 셀(C)의 한 변의 길이를 「셀 폭 W」로 하여 이하에 기재한다.

도트(D)는, 패턴 형성 재료로서의 금속 미립자(예를 들어 니켈 미립자나 망간 미립자 등)를 함유하는 액적(Fb)을 셀(C)(흑색 셀(C1))에 토출하고, 셀(C)에 착탄된 액적(Fb)을 건조 및 소결(燒結)시킴으로써 형성된다. 도트(D)는 레이저광을 조사하여 액적(Fb)을 건조시키는 것만으로 형성할 수도 있다.

다음으로, 식별 코드(10)를 형성하기 위한 액적 토출 장치에 대해서 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 액적 토출 장치(20)는 직육면체 형상의 베이스(base)(21)를 구비하고 있다. 베이스(21)의 상부에는 화살표 X방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 홈(22)이 형성되어 있다. 베이스(21) 위에는 기판 스테이지(23)가 배치되고, 이 기판 스테이지(23)는 X축 모터(MX)(도 5 참조)에 구동 연결되어 있다. X축 모터(MX)가 구동되면, 기판 스테이지(23)는 안내 홈(22)을 따라 화살표 X방향 또는 화살표 X의 반대 방향으로 이동한다. 기판 스테이지(23)의 상면(上面)에는 흡인식 척(chuck) 기구(도시 생략)가 설치되어 있다. 기판(2)은, 이 척 기구에 의해, 그 표면(2a)(코드 형성 영역(S))을 상측을 향하게 하여 기판 스테이지(23) 위의 소정 위치에 배치 및 고정된다.

베이스(21)의 양측부에는 도어형 안내 부재(24)가 부착되어 있다. 안내 부재(24)의 상부에는 액상체(F)를 수용하는 수용 탱크(25)가 배치되어 있다. 안내 부재(24)의 하부에는 화살표 Y방향을 따라 연장되는 한 쌍의 안내 레일(26)이 형성 되어 있다. 이 안내 레일(26)에는 캐리지(27)가 이동 가능하게 지지되어 있다. 캐리지(27)는 Y축 모터(MY)(도 5 참조)에 구동 연결되어 있다. 캐리지(27)는 안내 레일(26)을 따라 화살표 Y방향 또는 화살표 Y의 반대 방향으로 이동한다. 도 2에 실선(實線)으로 나타낸 캐리지(27)의 위치를 제 1 위치, 2점쇄선으로 나타낸 캐리지(27)의 위치를 제 2 위치로 하여 이하에 기재한다.

캐리지(27)의 하부에는 액적을 토출하는 액적 토출 헤드(이하, 토출 헤드라고 함)(30)가 탑재되어 있다. 도 3은 토출 헤드(30)를 기판(2)으로부터 본 사시도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 토출 헤드(30)의 기판(2)과 대향하는 면(도 3에 나타낸 상면)에는 반사 부재를 구성하는 노즐 플레이트(31)가 구비되어 있다. 노즐 플레이트(31)는 스테인리스제의 판 부재로 형성되어 있다. 노즐 플레이트(31)의 기판(2)과 대향하는 면(이하, 반사면이라고 함)(31a)은 레이저광(B)을 반사 가능하게 하기 위해 경면(鏡面) 가공되어 있다.

노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)은 수백㎚ 정도의 발액막(31b)에 의해 코팅되어 있다. 발액막(31b)은 레이저광(B)을 투과시킬 수 있는 막으로서, 실리콘 수지나 불소 수지 등으로 형성되어 있다. 따라서, 발액막(31b)은 액상체(F)에 대하여 발액성을 갖고 있다. 본 실시예에 있어서, 발액막(31b)은 반사면(31a)에 직접 형성되어 있었지만, 반사면(31a)과 발액막(31b) 사이에 실란 커플링제 등으로 이루어지는 수㎚의 밀착층을 개재시킬 수도 있다. 이 밀착층에 의해, 반사면(31a)과 발액막(31b)의 밀착성이 향상된다.

노즐 플레이트(31)에는 토출구를 구성하는 복수의 노즐(N)이 화살표 Y방향을 따라 등간격으로 형성되어 있다. 각 노즐(N) 사이의 피치는 각 목표 토출 위치 P 사이의 피치와 동일한 치수(도 1에 나타낸 셀 폭 W)로 설정되어 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)은 기판(2)의 표면(2a)과 평행하게 배치되어 있다. 각 노즐(N)은 기판(2)의 표면(2a)과 직교하는 방향으로 연장되고, 또한 노즐 플레이트(31)를 관통한다. 여기서, 각 노즐(N)과 대향하는 기판(2) 위의 위치를 「착탄 위치 PF」로 하여 이하에 기재한다.

토출 헤드(30) 내에는 복수의 캐비티(32)가 형성되어 있다. 각 캐비티(32)는 대응하는 연통(連通) 구멍(33) 및 공통의 공급로(34)를 통하여 수용 탱크(25)에 연통되어 있다. 이것에 의해, 수용 탱크(25) 내의 액상체(F)는 캐비티(32)를 통하여 각 노즐(N)에 공급된다. 각 캐비티(32)의 상방에는 종방향으로 진동 가능한 진동판(35)이 배치되어 있다. 이 진동판(35)의 진동에 의해, 캐비티(32) 내의 용적이 확대되거나 축소된다. 진동판(35)의 상부에는 복수의 압전 소자(PZ)가 각 노즐(N)에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 압전 소자(PZ)가 종방향으로의 수축 및 신장을 반복함으로써, 이 압전 소자(PZ)에 대응하는 진동판(35)이 종방향으로 진동한다.

기판 스테이지(23)가 화살표 X방향으로 반송되고, 흑색 셀(C1)(목표 토출 위치 P)이 착탄 위치 PF에 도달한 타이밍에서 압전 소자(PZ)가 수축 및 신장된다. 이것에 의해, 캐비티(32)의 용적이 확대 및 축소되고, 축소된 용적에 대응하는 양의 액상체(F)가 노즐(N)로부터 액적(Fb)으로서 토출된다. 노즐(N)로부터 토출된 액적(Fb)은 대응하는 노즐(N) 바로 아래에 위치하는 목표 토출 위치 P(착탄 위치 PF)에 착탄된다. 착탄된 액적(Fb)은 시간의 경과에 따라 습윤 확장됨으로써, 셀 폭 W와 동일한 사이즈까지 확대된다. 액적(Fb)의 외경(外徑)이 셀 폭 W와 동일해졌을 때의 액적(Fb)의 중심 위치(목표 토출 위치 P)를 「조사 위치 PT」로 하여 이하에 기재한다.

토출 헤드(30) 부근에는 레이저 광원으로서의 복수의 반도체 레이저(LD)를 탑재한 레이저 헤드(36)가 배치되어 있다. 각 반도체 레이저(LD)로부터 발사되는 레이저광(B)은 액상체(F)(분산매나 금속 미립자 등)의 흡수 파장에 대응하는 파장 영역을 갖고 있다. 각 반도체 레이저(LD)에는 콜리메이터(collimator)(37)와 집광 렌즈(38)를 포함하는 광학계가 구비되어 있다. 콜리메이터(37)는 반도체 레이저(LD)로부터의 레이저광(B)을 평행한 광속(光束)에 수속한다. 집광(集光) 렌즈(38)는 콜리메이터(37)를 통과한 레이저광을 수속하고, 기판(2)의 표면(2a)으로 유도한다. 광학계의 광축(A1)은 기판(2) 표면(2a)의 법선(H)에 대하여 소정의 각도만큼 경사져 있다.

반도체 레이저(LD)로부터 조사된 레이저광(B)은, 기판(2) 위의 반사 위치 PR에서 전반사(全反射)된 후, 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)으로 유도된다. 그리고, 이 레이저광(B)은 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)에서도 반사되어 기판(2) 표면(2a)의 조사 위치 PT로 유도된다. 이 레이저광(B)에 의해, 액적(Fb) 중의 분산매가 증발되어 액적(Fb)의 습윤 확장이 억제된다. 또한, 액적(Fb) 중의 금속 미립자는 연속적인 레이저광(B)의 조사에 의해 소성(燒成)된다. 그 결과, 기판(2)의 표면(2a)에는, 셀 폭 W와 동일한 외경을 갖고, 또한 반구(半球) 형상을 이루는 도 트(D)가 형성된다.

여기서, 법선(H)에 대한 광축(A1)의 각도를 「입사각 θ1」, 조사 위치 PT에 조사되는 레이저광(B)의 법선(H)에 대한 각도를 「조사각 θ2」로 하여 이하에 기재한다. 본 실시예에 있어서, 입사각 θ1은 레이저광(B)이 표면(2a)(반사 위치(PR))에서 전반사될 때의 최소 반사 각도(임계각(臨界角))에 상당한다. 또한, 기판(2)의 표면(2a)과 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)이 평행하게 배치되어 있기 때문에, 조사각 θ2와 입사각 θ1은 동일하다.

본 발명에 의하면, 기판(2)의 표면(2a)과, 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)에서 레이저광(B)이 반사됨으로써, 조사 위치 PT에서의 레이저광(B)의 조사각 θ2를 도 9에 나타낸 종래의 방법보다도 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 조사 위치 PT에서는 레이저광(B)의 빔 스폿의 확대가 억제된다. 따라서, 액적(Fb)에 대한 레이저광(B)의 조사 강도를 향상시키고, 또한 조사 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다. 본 실시예에 있어서, 빔 스폿의 형상은 데이터 셀(C)(액적(Fb))보다도 큰 대략 원형이지만, 이것에 한정되지 않는다.

다음으로, 상기 액적 토출 장치(20)의 전기 회로를 도 5에 따라 설명한다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제어부(41)는 CPU, RAM, ROM을 구비하고 있다. 제어부(41)는, ROM에 저장된 각종 데이터(예를 들어 기판 스테이지(23)의 이동 속도나 셀 폭 W 등)와 각종 제어 프로그램(예를 들어 식별 코드 형성 프로그램)에 따라, 기판 스테이지(23)의 이동 제어나, 토출 헤드(30) 및 레이저 헤드(36)의 구동 제어를 실행한다.

제어부(41)에는 기동(起動) 스위치, 정지 스위치 등의 조작 스위치를 포함하는 입력 장치(42)가 접속되어 있다. 제어부(41)에는 입력 장치(42)로부터의 조작 신호나, 식별 코드(10)의 화상을 나타내는 묘화(描畵) 데이터(Ia)가 받아들여진다. 입력 장치(42)로부터 묘화 데이터(Ia)가 입력되면, 제어부(41)는 묘화 데이터(Ia)에 소정의 전개 처리를 실시한다. 제어부(41)는, 식별 코드(10)를 작성하기 위해, 코드 형성 영역(S)의 각 데이터 셀(C)에 액적(Fb)을 토출할지의 여부를 나타내는 비트맵 데이터(BMD)를 생성하고, 이 생성된 비트맵 데이터(BMD)를 RAM에 저장한다. 비트맵 데이터(BMD)는 데이터 셀(C)에 대응한 8×8비트의 데이터로 이루어진다. 이 비트맵 데이터(BMD)에 의거하여, 압전 소자(PZ)의 온(on) 또는 오프(off)(액적(Fb)의 토출 또는 토출 정지)가 결정된다.

한편, 제어부(41)는 비트맵 데이터(BMD)의 전개 처리와 상이한 전개 처리를 묘화 데이터(Ia)에 실시한다. 이 전개 처리에 의해, 각 압전 소자(PZ)를 구동하기 위한 압전 소자 구동 전압(VDP)이 생성되고, 반도체 레이저(LD)를 구동하기 위한 레이저 구동 전압(VDL)이 생성된다.

제어부(41)에는 X축 모터 구동 회로(43) 및 Y축 모터 구동 회로(44)가 접속되어 있다. 제어부(41)는 X축 모터 구동 회로(43)에 대하여 X축 모터(MX)를 구동하기 위한 제어 신호를 출력하고, Y축 모터 구동 회로(44)에 대하여 Y축 모터(MY)를 구동하기 위한 제어 신호를 출력한다. X축 모터 구동 회로(43)는 제어부(41)로부터의 구동 제어 신호에 응답하여 X축 모터(MX)를 정전(正轉) 또는 역전(逆轉)시키고, 기판 스테이지(23)를 왕복(往復) 이동시킨다. Y축 모터 구동 회로(44)는 제 어부(41)로부터의 구동 제어 신호에 응답하여 Y축 모터(MY)를 정전 또는 역전시키고, 캐리지(27)를 왕복 이동시킨다.

제어부(41)에는 기판(2)의 에지(edge)를 검출할 수 있는 기판 검출 장치(45)가 접속되어 있다. 제어부(41)는 기판 검출 장치(45)로부터 받아들여지는 검출 신호에 의거하여 기판(2)의 위치를 산출(算出)한다.

제어부(41)에는 X축 모터 회전 검출기(46) 및 Y축 모터 회전 검출기(47)가 접속되어 있다. 제어부(41)에는 X축 모터 회전 검출기(46) 및 Y축 모터 회전 검출기(47)로부터 검출 신호가 받아들여진다.

제어부(41)는 X축 모터 회전 검출기(46)로부터 받아들여지는 검출 신호에 의거하여 X축 모터(MX)의 회전 방향 및 회전량을 검출하고, 토출 헤드(30)에 대한 기판(2)의 이동 방향 및 이동량을 연산한다. 제어부(41)는 각 데이터 셀(C)의 중심 위치와 착탄 위치 PF가 일치하는 타이밍에서 토출 헤드 구동 회로(48) 및 레이저 구동 회로(49)에 대하여 토출 타이밍 신호(SG)를 출력한다.

제어부(41)는 Y축 모터 회전 검출기(47)로부터 받아들여지는 검출 신호에 의거하여 Y축 모터(MY)의 회전 방향 및 회전량을 검출하고, 토출 헤드(30)에 대한 기판(2)의 화살표 Y방향의 이동 방향 및 이동량을 연산한다. 그 결과, 각 노즐(N)에 대응하는 착탄 위치 PF가 목표 토출 위치 P의 이동 경로 상에 배치된다.

제어부(41)에는 토출 헤드 구동 회로(48)가 접속되어 있다. 제어부(41)는 기판(2)의 1회분의 스캔에 상당하는 비트맵 데이터(BMD)를 소정의 클록 신호에 동기(同期)시킨 헤드 제어 신호(SCH)를 토출 헤드 구동 회로(48)에 차례로 시리 얼(serial) 전송한다. 또한, 제어부(41)는 압전 소자 구동 전압(VD)을 소정의 클록 신호에 동기시켜 토출 헤드 구동 회로(48)에 출력한다. 토출 헤드 구동 회로(48)는 제어부(41)로부터 시리얼 전송되는 헤드 제어 신호(SCH)를 각 압전 소자(PZ)에 대응시켜 시리얼/패럴렐 변환한다. 토출 헤드 구동 회로(48)는, 제어부(41)로부터 토출 타이밍 신호(SG)를 수신하면, 헤드 제어 신호(SCH)에 대응하는 압전 소자(PZ)에 대하여 압전 소자 구동 전압(VDP)을 공급한다. 즉, 제어부(41)는 토출 헤드 구동 회로(48)를 통하여 헤드 제어 신호(SCH)(비트맵 데이터(BMD))에 대응하는 노즐(N)로부터 액적(Fb)을 토출한다.

제어부(41)에는 레이저 구동 회로(49)가 접속되어 있다. 제어부(41)는 헤드 제어 신호(SCH)를 레이저 구동 회로(49)에 차례로 시리얼 전송하고, 또한 소정의 클록 신호에 동기시켜 레이저 구동 전압(VDL)을 출력한다. 레이저 구동 회로(49)는 제어부(41)로부터 시리얼 전송되는 헤드 제어 신호(SCH)를 각 반도체 레이저(LD)에 대응시켜 시리얼/패럴렐 변환한다. 레이저 구동 회로(49)는, 제어부(41)로부터 토출 타이밍 신호(SG)를 수신한 후 소정의 시간만큼 대기(待機)하여, 헤드 제어 신호(SCH)에 대응하는 반도체 레이저(LD)에 대하여 레이저 구동 전압(VDL)을 공급한다. 즉, 제어부(41)는 레이저 구동 회로(49)를 통하여 액적(Fb)이 토출된 노즐(N)에 대응하는 반도체 레이저(LD)로부터 레이저광(B)을 출사한다.

여기서, 레이저 구동 회로(49)가 토출 타이밍 신호(SG)를 수신하고 나서 레이저 구동 전압(VDL)을 공급할 때까지의 시간을 「대기 시간」으로 하여 이하에 기재한다. 이 대기 시간은 액적(Fb)이 기판(2)에 착탄되고 나서 조사 위치 PT에 도 달할 때까지의 시간에 상당한다. 레이저 구동 회로(49)는 액적(Fb)이 노즐(N)로부터 토출된 후 소정의 시간만큼 대기한다. 그리고, 레이저 구동 회로(49)는, 액적(Fb)의 외경이 셀 폭 W와 동일해지는 타이밍에서, 액적(Fb)을 토출한 노즐(N)에 대응하는 반도체 레이저(LD)로부터 레이저광(B)을 출사한다.

다음으로, 액적 토출 장치(20)를 사용한 식별 코드(10)의 형성 방법에 대해서 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 우선, 기판 스테이지(23) 위에 표면(2a)을 상측을 향하게 하여 기판(2)이 고정된다. 이 때, 기판(2)은 안내 부재(24)보다도 화살표 X의 반대 방향 측에 배치되어 있다.

다음으로, 오퍼레이터(operator)가 입력 장치(42)를 조작하여 묘화 데이터(Ia)가 제어부(41)에 입력된다. 제어부(41)는 묘화 데이터(Ia)에 의거한 비트맵 데이터(BMD)를 생성하고, 또한 압전 소자(PZ)를 구동하기 위한 압전 소자 구동 전압(VDP)과 반도체 레이저(LD)를 구동하기 위한 레이저 구동 전압(VDL)을 생성한다.

이어서, 제어부(41)는 Y축 모터(MY)를 구동 제어하여 캐리지(27)를 제 1 위치로부터 화살표 Y방향으로 반송한다. 캐리지(27)가 소정의 위치에 세트(set)되면, 제어부(41)는 X축 모터(MX)를 구동 제어하여 기판 스테이지(23)를 화살표 X방향으로 이동시켜 기판(2)을 반송한다.

제어부(41)는, 기판 검출 장치(45) 및 X축 모터 회전 검출기(46)로부터 받아들여지는 검출 신호에 의거하여, 흑색 셀(C1)(목표 토출 위치 P)이 착탄 위치 PF에 반송되었는지의 여부를 판단한다. 흑색 셀(C1)이 착탄 위치 PF에 반송될 때까지, 제어부(41)는 토출 헤드 구동 회로(48)에 대하여 압전 소자 구동 전압(VDP) 및 헤드 제어 신호(SCH)를 출력한다. 또한, 제어부(41)는 레이저 구동 회로(49)에 대하여 레이저 구동 전압(VDL) 및 헤드 제어 신호(SCH)를 출력한다. 제어부(41)는 토출 헤드 구동 회로(48) 및 레이저 구동 회로(49)에 대하여 토출 타이밍 신호(SG)를 출력하는 타이밍을 대기한다.

1열째의 흑색 셀(C1)(목표 토출 위치 P)이 착탄 위치 PF에 반송된 타이밍에서, 제어부(41)는 토출 헤드 구동 회로(48) 및 레이저 구동 회로(49)의 양쪽에 대하여 토출 타이밍 신호(SG)를 출력한다.

토출 타이밍 신호(SG)가 출력되면, 제어부(41)는 헤드 제어 신호(SCH)에 대응하는 압전 소자(PZ)에 대하여 토출 헤드 구동 회로(48)를 통하여 압전 소자 구동 전압(VDP)을 공급한다. 그 결과, 헤드 제어 신호(SCH)에 대응하는 노즐(N)로부터 액적(Fb)이 일제히 토출된다. 액적(Fb)이 기판(2) 위의 착탄 위치 PF(목표 토출 위치 P)에 착탄된 후, 액적(Fb)의 외경은 착탄 위치 PF로부터 조사 위치 PT로 반송될 때까지 셀 폭 W와 동일한 크기까지 커진다.

토출 타이밍 신호(SG)가 출력된 후, 제어부(41)는 소정의 시간만큼 반도체 레이저(LD)로부터의 레이저광(B)의 조사를 대기시킨다. 그 후, 제어부(41)는 헤드 제어 신호(SCH)에 대응하는 반도체 레이저(LD)에 대하여 레이저 구동 전압(VDL)을 공급한다. 제어부(41)는 대응하는 반도체 레이저(LD)로부터 일제히 레이저광(B)을 출사한다. 이 레이저광(B)은 기판(2)(표면(2a))과 노즐 플레이트(31)(반사면(31a))에서 전반사된 후, 조사각 θ2(입사각 θ1: 임계각)에 의해 조사 위치 PT 로 유도된다. 이 레이저광(B)은 셀 폭 W와 동일한 외경을 갖는 액적(Fb)에 대하여 조사된다. 그리고, 레이저광(B)의 에너지에 의해, 액적(Fb) 중의 분산매는 증발되고, 액적(Fb) 중의 금속 미립자는 소성된다. 그 결과, 1행째의 흑색 셀(C1) 내에는 셀 폭 W와 동일한 외경을 갖는 도트(D)가 형성된다.

이후, 마찬가지로, 제어부(41)는 각 목표 토출 위치 P가 착탄 위치 PF에 도달할 때마다 대응하는 노즐(N)로부터 액적(Fb)을 일제히 토출한다. 그리고, 각 액적(Fb)의 외경이 셀 폭 W와 동일해지는 타이밍에서, 레이저 헤드(36)로부터 레이저광(B)이 각 액적(Fb)에 대하여 일제히 조사된다. 이와 같이 하여, 코드 형성 영역(S)에 도트(D)가 소정의 패턴으로 형성됨으로써, 식별 코드(10)가 형성된다.

본 실시예에 의하면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 노즐 플레이트(31)의 기판(2)과 대응하는 면에는 레이저광(B)을 반사하기 위한 반사면(31a)이 설치되어 있다. 따라서, 레이저 헤드(36)로부터 조사된 레이저광(B)은 기판(2) 표면(2a)의 반사 위치 PR에서 임계각(입사각 θ1)으로 전반사된 후, 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)에서도 반사된다. 그 결과, 레이저광(B)은 조사각 θ2(입사각 θ1: 임계각)에 의해 기판(2) 표면(2a)의 조사 위치 PT로 유도된다.

이와 같이, 기판(2)의 표면(2a)과 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)에서 레이저광(B)이 반사됨으로써, 조사 위치 PT에서의 레이저광(B)의 조사각 θ2를 도 9에 나타낸 종래의 방법보다도 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 조사 위치 PT에서는 레이저광(B)의 빔 스폿의 확대가 억제된다. 따라서, 액적(Fb)에 조사되는 레이저 광(B)의 조사 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 액적(Fb)에 조사되는 레이저광(B)의 조사 위치 정밀도를 향상시키고, 도트(D) 형상에 관한 제어성을 향상시킬 수도 있다.

(2) 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)이 반사 부재로서 이용되고 있다. 이 때문에, 액적 토출 장치(20)의 부품 수가 증가하지 않는다. 따라서, 장치의 구성을 대폭으로 변경할 필요도 없다. 또한, 착탄 위치 PF(기판(2))와 노즐(N)(토출 헤드(30)) 사이의 거리(플래튼 갭(platen gap))를 변화시키지 않고, 반사 위치 PR에서 반사된 레이저광(B)을 조사 위치 PT에 조사할 수도 있다. 이 때문에, 플래튼 갭을 크게 하여 레이저광(B)을 조사하는 경우와 달리, 액적(Fb)의 착탄 위치 정밀도가 저하되지 않는다.

(3) 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)은, 레이저광(B)을 투과시킬 수 있고, 또한 액상체(F)에 대해 발액성을 갖는 발액막(31b)에 의해 코팅되어 있다. 이것에 의해, 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)이 오염되기 어려워진다. 따라서, 반사면(31a)의 광학적 기능의 저하가 억제되기 때문에, 액적(Fb)에 대한 레이저광(B)의 조사 강도나 레이저광(B)의 조사 위치 정밀도 등을 안정화시킬 수 있다.

본 실시예는 다음과 같이 변경할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 기판(2)의 이면(裏面)이나 기판 스테이지(23)에서 레이저광(B)을 반사시킬 수도 있다. 요컨대, 토출 헤드(30)와 대향하는 기판(2) 측에서 레이저광(B)을 반사시키면 된다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(31)와 기판(2) 사이의 공간이 레이 저 헤드(36) 부근에서 커지도록 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a)을 기판(2)의 표면(2a)에 대하여 각도 θ3만큼 경사지게 할 수도 있다. 이와 같이 하면, 조사 위치 PT에 조사되는 레이저광(B)의 조사각 θ2를 더 작게 할 수 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 노즐 플레이트(31)의 표면에 반사 부재로서 반사 미러(39)를 부착할 수도 있다. 이 경우, 반사 위치 PR에서 반사된 레이저광(B)을 반사 미러(39)에서도 반사시킴으로써, 이 레이저광(B)은 기판(2)의 표면(2a)과 직교하는 방향에서 조사 위치 PT로 유도된다. 이 경우, 조사각 θ2가 0°로 설정된다. 이 구성 대신에, 노즐(N)보다도 화살표 X의 반대 방향으로 반사 미러(39)를 배치할 수도 있다. 요컨대, 조사각 θ2를 작게 할 수 있는 임의의 위치에 반사 미러(39)를 배치하면 된다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 반사면(31a)의 일부에 매끈한 오목면(V)을 형성하고, 복수의 레이저광(B)을 이 오목면(V)에서 반사시킴으로써, 각 레이저광(B)을 조사 위치 PT에서 한 점에 수속하도록 할 수도 있다. 이 경우, 각 레이저광(B)을 조사 위치 PT로 보다 확실하게 유도할 수 있다. 또한, 반사면(31a)의 모든 영역에 오목면(V)을 형성할 수도 있다. 요컨대, 기판(2)의 표면(2a)에서 반사된 레이저광(B)을 조사 위치 PT에 수속할 수 있으면 된다.

본 실시예에 있어서, 기판(2)의 표면(2a)과 노즐 플레이트(31)의 반사면(31a) 사이에서 레이저광(B)을 다중(多重) 반사시킬 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 레이저광(B)의 에너지에 의해, 액적(Fb)을 원하는 방향으로 유동(流動)시킬 수도 있다. 또한, 액적(Fb)의 가장자리에만 레이저광을 조사 함으로써, 액적(Fb)의 표면만을 고화(固化)(피닝(pinning))시킬 수도 있다. 즉, 본 발명은 액적(Fb)에 레이저광(B)을 조사하여 패턴을 형성하는 임의의 방법에 적용할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 레이저 광원으로서, 예를 들어 탄산 가스 레이저나 YAG 레이저를 사용할 수도 있다. 즉, 레이저 광원으로서, 액적(Fb)을 건조시킬 수 있는 파장의 레이저광(B)을 출력 가능한 임의의 레이저를 사용할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 반구 형상의 도트(D) 대신에, 타원형의 도트나 선형의 구조체를 액적(Fb)에 의해 패턴 형성할 수도 있다.

본 발명은 평면 형상의 전자 방출 소자로부터 방출된 전자에 의해 형광 물질을 발광시키는 전계 효과형 장치(FED나 SED 등)의 절연막이나 금속 배선 등을 패턴 형성하는 방법에 적용할 수도 있다. 즉, 본 발명은 액적(Fb)에 레이저광을 조사하여 패턴을 형성하는 임의의 방법에 적용할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 기판(2)은 예를 들어 실리콘 기판, 플렉시블 기판, 또는 금속 기판일 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 레이저광의 조사 강도(强度)나 조사 위치 정밀도를 향상시키고, 또한 패턴 형상에 관한 제어성을 향상시킬 수 있는 패턴 형성 방법 및 액적 토출 장치를 제공할 수 있다.

Claims

기판과 대향하는 토출 헤드에 설치된 토출구(吐出口)로부터 패턴 형성 재료를 함유하는 액적을 토출하고, 상기 기판에 착탄(着彈)된 액적에 레이저광을 조사(照射)하여 패턴을 형성하는 방법에 있어서,

상기 기판을 향하여 상기 레이저광을 출사(出射)하고, 상기 토출구 부근에 설치된 반사 부재에 의해, 상기 기판에서 반사된 레이저광을 상기 기판 위의 액적이 착탄된 영역을 향하여 반사하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
기판과 대향하는 토출구를 갖고, 그 토출구로부터 액적을 토출하는 토출 헤드와, 상기 기판을 향하여 레이저광을 출사하는 레이저 광원(光源)을 구비한 액적 토출 장치에 있어서,

상기 토출구 근방에 설치되고, 상기 기판에서 반사된 레이저광을 상기 기판 위의 액적이 착탄된 영역을 향하여 반사하기 위한 반사 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 반사 부재는 상기 토출구를 갖는 노즐 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 반사 부재는 상기 레이저광을 투과시킬 수 있고, 또한 상기 액적에 대하여 발액성(撥液性)을 갖는 발액막에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 반사 부재는 상기 기판에서 반사된 레이저광을 상기 기판과 직교하는 방향을 향하여 반사하기 위한 반사면을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 반사 부재는 상기 기판에서 반사된 레이저광을 상기 기판 위의 액적이 착탄된 영역에 수속하기 위한 반사면을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광은 상기 기판 표면에서 전반사(全反射)되는 액적 토출 장치.