KR20070038003A

KR20070038003A - 패턴 형성 방법 및 액적 토출 장치

Info

Publication number: KR20070038003A
Application number: KR1020060096017A
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: JP2007098282A; KR100778428B1; TW200726651A; CN100506539C; CN1944051A; TWI308112B; JP4400541B2; US20070077367A1

Abstract

액적 토출 헤드의 기판과 대향하는 면에는 레이저광을 반사할 수 있는 노즐 형성면이 설치되고, 그 노즐 형성면에는 반사 방지막이 설치되어 있다. 반사 방지막의 표면에서 반사되는 반사광과 노즐 형성면에서 반사되는 반사광이 서로 간섭함으로써, 반사면 및 노즐 형성면에서 반사되는 레이저광은 약화된다.

노즐 형성면, 반사 방지막, 노즐 플레이트, 레이저 헤드, 발액막

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 종래예의 액적 토출 장치를 나타낸 개략 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 액정 표시 장치 2 : 기판

3 : 표시부 4 : 주사선 구동 회로

5 : 데이터선 구동 회로 10 : 식별 코드

20 : 액정 토출 장치 21 : 베이스(base)

30 : 액적 토출 헤드 31 : 노즐 플레이트

31a : 노즐 형성면 33a : 반사면

32 : 발액막(撥液膜) 33 : 반사 방지막

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 형성 할 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 도 7에 나타낸 방법에 의해 회피할 수 있다고 생각된다. 이 방법에서는, 액적 토출 헤드(101) 바로 아래에 위치하는 기판(102)에 대하여 레이저광(L)이 조사(照射)된다. 그리고, 기판(102)에 착탄된 액적(Fb)이 레이저광(L)의 영역 내에 침입하고, 레이저광에 의해, 액적(Fb)을 순식간에 건조시킬 수 있다. 그러나, 이 방법에 의하면, 액적(Fb)이나 기판(102)에서 반사된 반사광(Lr)이나 산 란광(Ld)이 노즐 형성면(103)과 기판(102) 표면(102a) 사이에서 다중(多重) 반사된다. 따라서, 노즐 형성면(103), 노즐(N), 기판(102)에 형성된 다른 패턴, 또는 장치의 각종 부재가 손상될 우려가 있다.

본 발명은 레이저광에 의한 각종 부재의 손상을 억제하면서, 패턴 형상에 관한 제어성을 향상시킬 수 있는 패턴 형성 방법 및 액적 토출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 형태에 의하면, 기판 표면과 대향하는 노즐 형성면에 설치된 노즐로부터 기판을 향하여 패턴 형성 재료를 함유하는 액적을 토출하고, 상기 기판 표면에 착탄(着彈)된 액적에 레이저광을 조사(照射)하여 패턴을 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법에서는, 노즐 형성면에 설치된 반사 억제 부재에 의해, 기판에서 반사된 레이저광을 받아 상기 노즐 형성면에서의 레이저광 반사를 억제한다.

본 발명의 제 2 형태에 의하면, 기판 표면과 대향하는 노즐 형성면을 갖고, 노즐 형성면에 설치된 노즐로부터 기판을 향하여 액적을 토출하는 액적 토출 헤드와, 기판 표면에 착탄된 액적에 레이저광을 조사하는 레이저 조사 수단을 구비한 액적 토출 장치가 제공된다. 이 액적 토출 장치는, 노즐 형성면에 설치되고, 상기 노즐 형성면에서의 레이저광 반사를 억제하는 반사 억제 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, 화 살표 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 16행×16열로 이루어지는 256개의 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 기재한다. 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 망 간 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 한 쌍의 안내 레일(26)이 화살표 Y방향을 따라 형성되어 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 액체를 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)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 기판(2)과 대향하는 면(이하, 노즐 형성면이라고 함)(31a)은 레이저광(B)을 반사 가능하게 하기 위해 경면(鏡面) 가공되어 있다. 노즐 플레이트(31)의 노즐 형성면(31a)은 기판(2)의 표면(2a)과 평행하게 배치되어 있다. 각 노즐(N)은 기판(2)과 직교하는 방향으로 연장되고, 노즐 플레이트(31)를 관통한다. 여기서, 각 노즐(N)과 대향하는 기판(2) 위의 위치를 「착탄 위치 PF」로 하여 이하에 기재한다.

노즐(N)의 내주면에 있어서, 노즐 형성면(31a) 부근은 수백㎚ 정도의 발액막(32)에 의해 피복되어 있다. 발액막(32)은 레이저광(L)을 투과시킬 수 있는 막으로서, 실리콘 수지나 불소 수지 등으로 형성되어 있다. 따라서, 발액막(32)은 액상체(F)에 대하여 발액성을 갖고, 노즐(N) 내에서 액상체(F)의 계면(界面)(메니스 커스(M)) 위치를 안정화시키는 기능을 갖는다. 본 실시예에 있어서, 발액막(32)은 노즐 플레이트(31)에 직접 형성되어 있었지만, 노즐 플레이트(31)와 발액막(32) 사이에 실란 커플링제 등으로 이루어지는 수㎚의 밀착층을 개재시킬 수도 있다. 이 경우, 노즐 플레이트(31)와 발액막(32)의 밀착성이 향상된다.

노즐 형성면(31a)의 발액막(32)을 제외한 모든 영역에는, 반사 억제 부재로서의 반사 방지막(33)이 형성되어 있다. 반사 방지막(33)은 산화실리콘, 질화실리콘, 산화질화실리콘, 산화인듐주석(ITO) 등의 무기 재료로 형성되어 있다. 반사 방지막(33)의 막 두께 및 굴절률에 따라, 노즐 형성면(31a)에서 반사된 레이저광(L)(반사광(L2))의 위상(位相)과 진폭(振幅)이 제어된다. 반사 방지막(33)에서는, 그 표면(반사면(33a))에서 반사된 레이저광(L)(반사광(L1))과 노즐 형성면(31a)에서 반사된 레이저광(L)(반사광(L2))이 서로 간섭함으로써 레이저광(L)이 약화된다.

토출 헤드(30) 내에는 수용 탱크(25)에 연통(連通)되는 캐비티(34)가 형성되어 있다. 수용 탱크(25) 내의 액상체(F)는 캐비티(34)를 통하여 각 노즐(N)에 공급된다. 토출 헤드(30) 내에 있어서, 각 캐비티(34)의 상방(上方)에는 종방향으로 진동 가능한 진동판(35)이 배치되어 있다. 이 진동판(35)의 진동에 의해, 캐비티(34) 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, 목표 토출 위치 P가 착탄 위치 PF에 도달한 타이밍에서 압전 소자(PZ)가 수축 및 신장한다. 이것에 의해, 대응하는 캐비티(34)의 용적이 확대 및 축소되어 메니스커스(M)가 진동한다. 그리고, 소정량의 액상체(F)가 대응하는 노즐(N)로부터 액적(Fb)으로서 토출된다. 노즐(N)로부터 토출된 액적(Fb)은 노즐(N) 바로 아래에 위치하는 기판(2) 위의 목표 토출 위치 P(착탄 위치 PF)에 착탄된다.

목표 토출 위치 P에 착탄된 액적(Fb)은 시간의 경과에 따라 습윤 확장되어, 건조 시의 사이즈(셀 폭 W)까지 확대된다. 액적(Fb)의 외경(外徑)이 셀 폭 W와 동일해졌을 때의 액적(Fb)의 중심 위치(도 4에 나타낸 2점쇄선)를 「조사 위치 PT」로 하여 이하에 기재한다. 이 조사 위치 PT는 노즐 플레이트(31)와 대향하는 영역 내에 설정되어 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 토출 헤드(30) 부근에는 반도체 레이저(LD)를 탑재한 레이저 조사 수단을 구성하는 레이저 헤드(36)가 배치되어 있다. 반도체 레이저(LD)로부터 출사(出射)되는 레이저광(L)은 액상체(F)(분산매나 금속 미립자 등)의 흡수 파장에 대응한 파장 영역을 갖고 있다. 반도체 레이저(LD)에는 콜리메이터(collimator)(37)와 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)(38)를 포함하는 광학계가 구비되어 있다. 콜리메이터(37)는 반도체 레이저(LD)로부터의 레이저광(L)을 평행한 광속(光束)에 수속(收束)하여 실린드리컬 렌즈(38)로 유도한다. 실린드리컬 렌즈(38)는 콜리메이터(37)로부터의 레이저광(L)을 기판(2) 표면(2a)에 수속하고, 화살표 Y방향으로 연장되는 밴드(band) 형상의 빔 스폿을 기판(2) 표면(2a)에 형성한다. 광학계의 광축(A1)은 기판(2) 표면(2a)의 법선(法線)에 대하여 경사지 고, 또한 조사 위치 PT를 통과한다.

반도체 레이저(LD)로부터 레이저광(L)이 출사되고, 기판(2) 표면(2a)에 빔 스폿이 형성된 상태에서 기판(2)이 화살표 X방향으로 반송된다. 액적(Fb)의 외경이 셀 폭 W와 동일해지는 타이밍에서, 그 액적(Fb)은 조사 위치 PT에 도달한다. 그리고, 조사 위치 PT를 통과하는 액적(Fb)에 대하여 레이저 헤드(36)로부터 레이저광(L)이 조사된다. 이 레이저광(L)에 의해, 액적(Fb) 중의 분산매가 증발되어 액적(Fb)의 습윤 확장이 억제된다. 또한, 액적(Fb) 중의 금속 미립자는 연속적인 레이저광(L)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 도트(D)가 형성된다.

이 때, 조사 위치 PT에 조사된 레이저광(L)의 일부는 기판(2) 표면(2a)이나 액적(Fb)에서 반사된 결과, 반사광(Lr)이나 산란광(Ld)이 발생한다. 이들 반사광(Lr) 및 산란광(Ld)은 반사 방지막(33)에 의해 서로 소거됨으로써 크게 감쇠(減衰)된다. 즉, 레이저광(L)은 반사면(33a) 및 노즐 형성면(31a)에서 반사되어 약화되고, 이것에 의해, 기판(2)과 노즐 플레이트(31) 사이에서는 레이저광(L)의 다중 반사가 억제된다. 이것에 의해, 조사 위치 PT 이외로의 레이저광(L) 조사가 억제되기 때문에, 레이저광(L)에 의한 각종 부재(발액막(32), 노즐(N), 노즐 플레이트(31) 등)의 손상이 회피된다.

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 데이터와 각종 제어 프로그램에 따라, 기판 스테이지(23)의 이동 제어나, 토출 헤드(30) 및 레이저 헤드(36)의 구동 제어를 실행한다.

제어부(41)에는 다양한 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 대하여 소정의 전개 처리를 실시한다. 제어부(41)는 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.

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 제어부(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 신 호에 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 받아들여진 검출 신호에 의거하여 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 받아들여진 검출 신호에 의거하여 토출 헤드(30)의 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, 토출 타이밍 신호(SG)와 소정의 클록 신호에 동기(同期)시킨 압전 소자 구동 전압(VDP)을 토출 헤드 구동 회로(48)에 출력한다. 또한, 제어부(41)는 소정의 클록 신호에 동기시킨 비트맵 데이터(BMD)(헤드 제어 신호(SCH))를 생성하여 토출 헤드 구동 회로(48)에 전송한다. 토출 헤드 구동 회로(48)는 제어부(41)로부터의 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.

제어부(41)에는 레이저 구동 회로(49)가 접속되어 있다. 제어부(41)는, 토출 타이밍 신호(SG)와 소정의 클록 신호에 동기시킨 레이저 구동 전압(VDL)을 레이저 구동 회로(49)에 출력한다. 레이저 구동 회로(49)는 제어부(41)로부터의 토출 타이밍 신호(SG)를 수신하여 반도체 레이저(LD)에 레이저 구동 전압(VDL)을 공급한다.

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 기판(2)이 표면(2a)을 상측을 향하게 하여 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 소자를 구동하기 위한 압전 소자 구동 전압(VDP)과 반도체 레이저(LD)를 구동하기 위한 레이저 구동 전압(VDL)을 생성한다.

이어서, 각 목표 토출 위치 P가 대응하는 착탄 위치 PF를 통과하도록, 제어부(41)는, Y축 모터(MY)를 구동 제어하여 캐리지(27)(각 노즐(N))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 받아 들여지는 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)을 출력한다. 제어부(41)는 토출 헤드 구동 회로(48) 및 레이저 구동 회로(49)의 양쪽에 대하여 토출 타이밍 신호(SG)를 출력하는 타이밍을 대기한다.

1열째의 흑색 셀(C1)(목표 토출 위치 P)이 착탄 위치 PF에 반송된 시점에서, 제어부(41)는 토출 헤드 구동 회로(48) 및 레이저 구동 회로(49)의 양쪽에 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. 토출된 액적(Fb)은 기판(2) 위의 착탄 위치 PF(목표 토출 위치 P)에 착탄된다.

또한, 이 때, 제어부(41)는 반도체 레이저(LD)에 대하여 레이저 구동 회로(49)를 통하여 레이저 구동 전압(VDL)을 공급한다. 그리고, 반도체 레이저(LD)로부터 레이저광(L)이 출사된다. 출사된 레이저광(L)에 의해, 기판(2) 위의 조사 위치 PT에 빔 스폿이 형성된다.

이 때, 레이저광(L)의 일부는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 기판(2) 표면(2a) 에서 토출 헤드(30)(노즐 플레이트(31))를 향하여 반사된다. 그러나, 그 반사광(Lr)은 반사 방지막(33)에 의해 서로 간섭함으로써 크게 감쇠되고, 노즐 플레이트(31) 측에서 종단(終端)된다. 즉, 조사 위치 PT의 빔 스폿에 액적(Fb)이 침입할 때까지, 반사면(33a) 및 노즐 형성면(31a)에서 반사된 레이저광(L)은 약화된다. 따라서, 레이저광(L)은 기판(2) 위의 조사 위치 PT에 대해서만 조사된다.

액적(Fb)이 기판(2) 위에 착탄된 후, 조사 위치 PT(빔 스폿)에 도달했을 때에는, 액적(Fb)의 외경이 셀 폭 W까지 커져 있다. 이 때, 액적(Fb)에 대하여 레이저광(L)이 조사되면, 액적(Fb) 중의 분산매가 증발되고, 또한 액적(Fb) 중의 금속 미립자가 소성된다. 이것에 의해, 셀(C)(흑색 셀(C1)) 내에 도트(D)가 형성된다.

이 때, 레이저광(L)의 일부는 액적(Fb)에서도 토출 헤드(30)(노즐 플레이트(31))를 향하여 반사 및 산란된다. 그러나, 이들 반사광(Lr)이나 산란광(Ld)은 반사 방지막(33)에 의해 서로 간섭함으로써 크게 감쇠되고, 노즐 플레이트(31) 측에서 종단된다. 즉, 액적(Fb)이 건조되고, 소성될 때까지, 반사면(33a) 및 노즐 형성면(31a)에서 반사된 레이저광(L)은 약화된다. 따라서, 레이저광(L)은 조사 위치 PT에 착탄된 액적(Fb)에 대해서만 조사된다.

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(L)이 각 액적(Fb)에 대하여 일제히 조사된다. 이렇게 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) 토출 헤드(30)의 기판(2)과 대향하는 면에는 레이저광(L)을 반사할 수 있는 노즐 형성면(31a)이 설치되어 있다. 또한, 노즐 형성면(31a)의 기판(2)과 대향하는 면에는 반사 방지막(33)이 설치되어 있다. 이 경우, 반사 방지막(33)의 반사면(33a)에서 반사된 반사광(L1)과 노즐 플레이트(31)의 노즐 형성면(31a)에서 반사된 반사광(L2)이 서로 간섭함으로써, 반사면(33a) 및 노즐 형성면(31a)에서 반사되는 레이저광(L)을 약화시킬 수 있다.

따라서, 레이저광(L)은 기판(2)이나 액적(Fb)에서 반사 또는 산란되었다고 하여도, 노즐 형성면(31a)(토출 헤드(30)) 측에서 종단된다. 이것에 의해, 기판(2)과 토출 헤드(30) 사이에서는 레이저광(L)의 다중 반사가 억제된다. 이 때문에, 조사 위치 PT에 대해서만 레이저광(L)을 조사할 수 있다. 따라서, 레이저광(L)에 의한 각종 부재의 손상을 억제하면서, 셀 폭 W와 동일한 외경을 갖는 도트(D)를 형성할 수 있고, 더 나아가서는 패턴 형상에 관한 제어성을 향상시킬 수 있다.

(2) 반사 방지막(33)의 막 두께는 얇기 때문에, 노즐 형성면(31a)과 기판(2) 표면(2a) 사이의 거리(플래튼 갭(platen gap))를 최대한 유지할 수 있다. 따라서, 액적(Fb)의 착탄 위치 정밀도를 저하시키지 않고, 레이저광(L)에 의한 각종 부재의 손상을 억제할 수 있다.

(3) 반사 방지막(33)은 노즐 형성면(31a)의 발액막(32)을 제외한 모든 영역에 형성되어 있다. 이 경우, 액적(Fb)의 토출 동작에 의해 제약되지 않고, 반사 방지막(33)의 막 재료나 막 두께 등을 선택할 수 있다.

본 실시예는 다음과 같이 변경할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 반사 방지막(33)으로서, 소쇠(消衰)계수를 갖는 복수의 막으로 이루어지는 다층막, 광흡수성을 갖는 박막(예를 들어 레이저광(L)을 흡수하는 색소를 함유하는 박막), 다공질성 박막(예를 들어 실리콘계 수지에 실리카 나노 입자를 함유하는 박막 등)을 사용하여 형성할 수도 있다. 이러한 경우, 레이저광(L)을 막 내에서 연속적으로 흡수할 수 있고, 반사 방지 가능한 레이저광(L)의 입사각 θ(도 4 참조)이나 파장 영역을 확대시킬 수도 있다.

또한, 반사 방지막(33)에서 흡수된 레이저광(L)을 열로 변환하여, 스테인리스제의 노즐 플레이트(31), Si제의 캐비티 등의 부품, 또는 노즐(N) 근방의 액상체(F) 등을 통하여 외부에 배출하도록 할 수도 있다. 더 나아가서는, 그 열의 변환량에 따라, 고점도 액상체(F)의 점도를 낮게 할 수도 있다. 이 경우, 액상체(F)의 토출 동작 안정화를 도모할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 반사 방지막(33)은 액상체(F)에 대한 발액성을 갖는 유기 재료를 함유하는 단층막이나 적층막(예를 들어 불소계 수지 재료나 그 미립자를 함유하는 금속막 등)으로 형성할 수도 있다. 이 경우, 액상체(F)에 의한 장치 내의 오염이 회피되기 때문에, 광학 특성의 안정화를 도모할 수 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 단면(斷面) 삼각형 형상을 갖는 복수의 오목부(51)를 가진 반사 방지 플레이트(52)를 반사 억제 부재로서 사용할 수도 있다. 이 경우, 반사 방지 플레이트(52)에 의해, 기판(2)에서 반사된 레이저광(L)을 흡수할 수 있다. 또한, 이 반사 플레이트(52)는 노즐 형성면(31a)에 대하여 기계적 또는 자기적(磁氣積)으로 착탈(着脫) 가능할 수도 있다. 이 경우, 노즐(N)이나 노즐 형성면(31a)의 세정을 행하기 쉬워지고, 액적(Fb)의 토출 동작이 안정화된다.

본 실시예에 있어서, 발액막(32)은 노즐(N)의 주변뿐만 아니라, 반사 억제 부재로서의 반사 방지막(33) 전체를 덮도록 형성할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 밴드 형상의 빔 스폿 대신에, 원형 또는 타원형의 빔 스폿을 기판(2) 표면(2a)에 형성할 수도 있다.

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

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(L)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, 레이저광에 의한 각종 부재의 손상을 억제하면서, 패턴 형상에 관한 제어성을 향상시킬 수 있는 패턴 형성 방법 및 액적 토출 장치를 제공할 수 있다.

Claims

기판 표면과 대향하는 노즐 형성면에 설치된 노즐로부터 상기 기판을 향하여 패턴 형성 재료를 함유하는 액적을 토출하고, 상기 기판 표면에 착탄(着彈)된 액적에 레이저광을 조사(照射)하여 패턴을 형성하는 방법에 있어서,

상기 노즐 형성면에 설치된 반사 억제 부재에 의해, 상기 기판에서 반사된 레이저광을 받아 상기 노즐 형성면에서의 레이저광 반사를 억제하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
기판 표면과 대향하는 노즐 형성면을 갖고, 상기 노즐 형성면에 설치된 노즐로부터 상기 기판을 향하여 액적을 토출하는 액적 토출 헤드와, 상기 기판 표면에 착탄된 액적에 레이저광을 조사하는 레이저 조사 수단을 구비한 액적 토출 장치에 있어서,

상기 노즐 형성면에 설치되고, 상기 노즐 형성면에서의 레이저광 반사를 억제하는 반사 억제 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 반사 억제 부재는 상기 노즐 형성면에 적층된 반사 방지막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 반사 억제 부재는 상기 레이저광을 흡수하는 광흡수성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 반사 억제 부재는 상기 노즐 형성면의 상기 노즐을 제외한 영역에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 반사 억제 부재는 상기 액적에 대하여 발액성(撥液性)을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 반사 억제 부재는 상기 노즐 형성면에 대하여 착탈(着脫) 가능한 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.