(57)【要約】【課題】凹部を含む形状の液滴体積を高速且つ高精度に算出する。【解決手段】ステップＳ７１では、液滴ごとに切り取った液滴毎画像を生成する。分離工程Ｓ７９では、各液滴について、稜線部の内側と外側とに分離する。ステップＳ７２〜Ｓ７５では、液滴毎画像のうちの外側部について、各画素位置での傾斜及び輝度情報に基づいて、稜線部におけるＺ方向高さ（真値）を算出する。ステップＳ８１〜Ｓ８３では、液滴毎画像のうちの内側部について、各画素位置での傾斜及び輝度情報に基づいて、内側部における各画素位置でのＺ方向高さ（真値）を算出する。ステップＳ８４では、液滴の外側部及び内側部の各画素位置におけるＺ方向高さ（真値）に基づいて、液滴の体積を求める。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルから基板上に吐出された複数の液滴を含む被測定物と、該液滴とを撮像する撮像工程と、
前記複数の液滴に含まれる一部の液滴である代表液滴の表面の三次元座標を測定し、前記三次元座標系上の位置における前記液滴の傾斜を求める三次元測定工程と、
前記代表液滴について、前記三次元測定工程で得られる前記表面の三次元座標系上の位置における傾斜と、前記撮像工程で得られる前記三次元座標系上の輝度情報との、対応テーブルを作成する対応テーブル作成工程と、
前記対応テーブルと、前記撮像工程で得られる前記複数の液滴の前記三次元座標系上の輝度情報を用いて、前記複数の液滴の表面形状又は体積を求める評価工程とを備え、
前記被測定物の複数の液滴のうち少なくとも１つ以上の液滴は、液滴中央部の高さが周囲よりも低くなる凹部を有しており、
前記撮像工程で得られる輝度情報を用いて、前記液滴の凹部の外周部である稜線部を求める分離工程を含み、
前記稜線部の内側における表面形状又は体積は、前記稜線部の外側において導出される表面形状を基に演算されることを特徴とする、液滴測定方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記分離工程では、前記撮像工程で得られる前記三次元座標系上の輝度情報を、前記液滴の外側から内側に向かって輝度の配列を構成し、前記輝度の極値を見つけて前記稜線部の一部とし、
前記輝度配列は、前記液滴の中央から外側に向かう異なる方向に、少なくとも４つ以上の方向の該輝度配列を有することを特徴とする、液滴測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記分離工程は、前記対応テーブル作成工程及び前記評価工程の双方に含まれ、
前記対応テーブルは、前記稜線部の外側座標の輝度及び傾斜を基に生成される第１対応テーブルと、前記稜線部の内側座標の輝度及び傾斜を基に生成される第２対応テーブルとを有し、
前記評価工程では、前記稜線部の外側座標において前記第１対応テーブルを用い、前記稜線部の内側座標において前記第２対応テーブルを用いることを特徴とする、液滴測定方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
前記稜線部の内側における表面形状は、前記稜線部の外側の輝度情報を用いて導出された該稜線部の高さのうち、最小値と最大値の間の何れかの値を上面部の高さとし、該稜線部の内側を、下に凸方向の略円錐形状として近似することを特徴とする、液滴測定方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
前記稜線部の内側における表面形状は、該稜線部の外側の輝度情報を用いて導出された該稜線部の高さのうち、最小値と最大値の間の何れかの値を上面部の高さとし、該稜線部の内側を、略円筒形状として近似することを特徴とする、液滴測定方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のうち何れか１つにおいて、
前記稜線部の内側における表面形状は、該稜線部の外側の輝度情報を用いて導出された該稜線部の高さの平均値を上面部の高さとすることを特徴とする、液滴測定方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のうち何れか１つにおいて、
前記被測定物に含まれる複数の液滴は、凹部を有する凹型形状の液滴と、凹部を有さない凸型形状の液滴の双方を含み、
前記凹型形状の液滴と前記凸型形状の液滴の体積は、同一の方法によって同時に測定されることを特徴とする、液滴測定方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のうち何れか１つにおいて、
前記複数のノズルから吐出される前記凹型形状の液滴は、溶質と溶媒の混合物で構成され、
前記基板に吐出された液滴の構成要素のうち前記溶媒が蒸発する蒸発工程を備え、
前記溶媒が蒸発する際に、前記溶質が前記溶媒の内部を対流する拡散工程により前記凹部が形成され、
前記撮像工程及び前記三次元測定工程では、前記溶媒が蒸発した後に残る溶質を測定対象とすることを特徴とする、液滴測定方法。
【請求項９】
基板上の複数の液滴の体積を測定する液滴測定装置であって、
基板設置台と、複数の液滴を含む被測定物を撮像する撮像工程を行う液滴撮像部と、制御部とを有し、
前記制御部は、
前記複数の液滴に含まれる一部の液滴である代表液滴の表面の三次元座標を測定し、前記三次元座標系上の位置における前記液滴の傾斜を求める三次元測定工程と、
前記代表液滴の表面の一部の傾斜と前記表面の一部の輝度情報との対応テーブルと、前記撮像工程で得られる前記複数の液滴の前記三次元座標系上の輝度情報を用いて前記複数の液滴の表面形状又は体積を求める評価工程とを備え、
前記被測定物の複数の液滴のうち少なくとも１つ以上の液滴は、液滴中央部の高さが周囲よりも低くなる凹部を有しており、
前記撮像工程で得られる輝度情報を用いて、前記液滴の凹部の外周部である稜線部を求める分離工程を含み、
前記稜線部の内側における表面形状又は体積は、前記稜線部の外側において導出される表面形状を基に演算することで、前記複数の液滴の体積を測定する、液滴測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット装置から吐出された液滴の体積及び表面形状を高速に測定する液滴測定方法及び液滴測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット装置を用いてデバイスを製造する方法が注目されている。インクジェット装置は、液滴吐出を行う複数のノズルを有し、ノズルと印刷対象物の位置関係を制御しながらノズルから液滴を吐出することで、印刷対象物に液滴を塗布するものである。
【０００３】
この種のインクジェット装置の１つとして、ラインヘッドと呼ばれる印刷対象物の幅方向に並設された複数のモジュールヘッド（複数の吐出口を有する液滴吐出ヘッド）を備えているものがある。ラインヘッドを副走査方向に並べて配置することで、幅の大きい印刷対象物に対して、一度の搬送工程でインクを一括で塗布することができる。
【０００４】
さらに、副走査方向に並設されたラインヘッドを走査方向にも複数個搭載することで、例えば、色が異なる等の複数のインクを、１度の搬送工程の間に一括で印刷対象物に塗布することができる。
【０００５】
この構成によれば、大型の印刷対象物に対しても１度の搬送工程で複数のインクを一括で塗布できる。これにより、印刷対象物にインクを塗布するタクトの低減が可能になるとともに、インク塗布後の乾燥条件等を均一にし易くなり、例えば、インク膜厚を均一に制御できる等の印刷プロセス上の利点がある。
【０００６】
また、この種のインクジェット装置の１つとして、ＤＰＮ（Drive Per Nozzle）機能を有するものがある。これは、各ノズルで液滴を吐出するピエゾを駆動する電圧値を、各ノズルで可変できる機能である。そうすることで、各ノズルから吐出される液滴量を均一にすることができ、膜厚の差や色むらの発生を抑制することができる。
【０００７】
ＤＰＮ機能を有効に活用するための方法として、全ノズルから吐出された液滴の体積量をそれぞれ測定し、狙いの吐出量になるように駆動電圧を調整する方法が一般的に知られている。
【０００８】
しかしながら、印刷対象物のサイズが拡大するにつれてノズル数が増え、全ノズルから吐出された液滴の体積量を測定するのに莫大な時間がかかってしまうという問題が生じる。例えば、微小液滴の測定に適する白色干渉を用いた三次元測定機だと、１滴あたり約５秒の測定時間を要する。ノズル数５０万個を有するインクジェット装置だと、全ノズルの測定に７００時間かかってしまい、装置の稼働率を大幅に制限してしまう。この方法を用いる場合、稼働率を高めるためには三次元測定機を複数個用いるしかないが、その分、コスト及び必要なフットプリントが増加してしまう。
【０００９】
また、測定時間を短縮するために、２次元画像を用いて、例えば、平面上の液滴の面積値などから体積値を推定して駆動電圧を調整する方法が考えられる。しかしながら、液滴の乾燥条件などによって違いの生じやすい高さ方向のばらつきを測定できないために、測定精度が不充分となる。そのため、各ノズルから吐出する液滴の体積ばらつきが大きくなってしまうという課題があった。
【００１０】
これに対し、測定時間を短縮化するとともに、液滴の面積等の２次元情報のみから液滴体積を推定する方法に比べて測定精度を確保することを目的とした液滴測定方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
特許文献１には、２次元撮像で得られる、液滴内の各座標における輝度情報と、三次元測定で得られる、液滴内の各座標における傾斜情報の相関関係を取得し、取得した相関関係と、全液滴の各座標における輝度情報と組み合わせて演算することで液滴の体積を推定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−１２５１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の発明では、液滴の傾斜方向が一定である液滴形状への適用を前提としている。そのため、例えば、コーヒーリング現象によって液滴の中央部に凹部を有する液滴の測定には不向きである。
【００１４】
これに対し、液滴形状が所望の形状になるように、液滴を塗布する基板の撥水性や、液滴の乾燥条件などのプロセスパラメータを制御することで、液滴の中央部に凹部を有さない液滴形状とする対応方法が考えられる。
【００１５】
しかしながら、例えば、蒸発速度の速い溶媒に低分子の溶質が溶けており、乾燥過程における溶質の拡散速度が速い場合など、液滴形状が僅かな条件の違いで変動しやすく、形状のコントロールが困難となる場合がある。
【００１６】
その場合には、例えば、液滴の中央部に凹形状が含まれないように、所望の形状にコントロールしようとしても、僅かな条件のばらつきによって、液滴の中央部に凹部を有する液滴が含まれているか、又は全ての液滴が液滴の中央部に凹部を含む場合が生じてしまう。
【００１７】
そのため、液滴の中央部に凹部を含む形状の液滴に対する、更なる測定精度の向上が望まれている。
【００１８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定対象の液滴に、中央部に凹部を有する凹型液滴が含まれていても、高速且つ高精度での測定を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、複数のノズルから基板上に吐出された複数の液滴を含む被測定物と、該液滴とを撮像する撮像工程と、
前記複数の液滴に含まれる一部の液滴である代表液滴の表面の三次元座標を測定し、前記三次元座標系上の位置における前記液滴の傾斜を求める三次元測定工程と、
前記代表液滴について、前記三次元測定工程で得られる前記表面の三次元座標系上の位置における傾斜と、前記撮像工程で得られる前記三次元座標系上の輝度情報との、対応テーブルを作成する対応テーブル作成工程と、
前記対応テーブルと、前記撮像工程で得られる前記複数の液滴の前記三次元座標系上の輝度情報を用いて、前記複数の液滴の表面形状又は体積を求める評価工程とを備え、
前記被測定物の複数の液滴のうち少なくとも１つ以上の液滴は、液滴中央部の高さが周囲よりも低くなる凹部を有しており、
前記撮像工程で得られる輝度情報を用いて、前記液滴の凹部の外周部である稜線部を求める分離工程を含み、
前記稜線部の内側における表面形状又は体積は、前記稜線部の外側において導出される表面形状を基に演算される、液滴測定方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、測定対象の液滴に、中央部に凹部を有する凹型液滴が含まれていても、輝度情報を用いて高速且つ高精度での測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る液滴測定装置を備えたパネル製造装置の構成図である。
【図２】液滴測定装置の全体フロー図である。
【図３】サンプル基板の拡大断面図である。
【図４】測定対象の液滴が形成されたサンプル基板の拡大平面図である。
【図５Ａ】サンプル基板に着液した直後の液滴の様子を示す概念図である。
【図５Ｂ】着液した液滴の接触角が、後退接触角となるまで溶媒が蒸発して、液滴となるように縮小する様子を示す概念図である。
【図５Ｃ】接触角が後退接触角に達した液滴が、所定の直径となるまで溶媒が蒸発して、液滴となるように縮小する様子を示す概念図である。
【図５Ｄ】表面濃度が臨界濃度に達してピンニングした後、所定の接触角となるまで溶媒が蒸発して、液滴となるように縮小する様子を示す概念図である。
【図６Ａ】中央部に凹部を有さない凸型形状の液滴について、中央部を含む断面から見たときの形状、傾斜、輝度のプロファイルの一例を示す概念図である。
【図６Ｂ】中央部に凹部を有する凹型形状の液滴について、中央部を含む断面から見たときの形状、傾斜、輝度のプロファイルの一例を示す概念図である。
【図７】撮像部の構成図である。
【図８】液滴評価工程のフロー図である。
【図９】輝度と傾斜の対応テーブルの一例を示す概念図である。
【図１０Ａ】凹型形状の液滴の輝度プロファイルの一例を示す概念図である。
【図１０Ｂ】凸型形状の液滴の輝度プロファイルの一例を示す概念図である。
【図１１Ａ】外側部における各画素位置でのＺ方向高さ（真値）を示す概念図である。
【図１１Ｂ】内側部における各画素位置でのＺ方向高さ（仮値）を示す概念図である。
【図１１Ｃ】内側部及び外側部における各画素位置でのＺ方向高さ（真値）を示す概念図である。
【図１２】内側部について簡易的な形状で近似する方法を用いた場合の、液滴評価工程のフロー図である。
【図１３】稜線部の内側（内側部）の形状の近似方法の一例を示す概念図である。
【図１４】稜線部の内側（内側部）の形状の近似方法の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２３】
図１に示すように、液滴測定システムは、液滴吐出装置１と、液滴測定装置２と、減圧チャンバー３と、液滴形状測定装置４とを備えている。液滴吐出装置１は、印刷対象物に対して機能性材料のインクを吐出して塗布する。
【００２４】
液滴測定装置２は、サンプル基板１９に吐出された液滴３０を撮像して得られた輝度情報に基づいて、液滴３０の体積又は表面形状を高速に求める。液滴測定装置２の測定結果は、液滴吐出装置１にフィードバックされ、その後の製造動作を目標とする状態に近付けるように作用している。
【００２５】
減圧チャンバー３は、サンプル基板１９に塗布された液滴を乾燥させる際に用いられる。
【００２６】
液滴形状測定装置４は、液滴測定装置２とは別体に設けられている。液滴形状測定装置４は、液滴形状と液滴測定装置２で求めた輝度情報との対応テーブルの作成に使用する基準装置である。
【００２７】
なお、本実施形態では、液滴形状測定装置４として、光干渉を利用した測定機を用いているが、測定に時間がかかっても正確に形状を測定できる光干渉原理や共焦点原理やＡＦＭ原理の測定機であってもよい。
【００２８】
液滴形状測定装置４は、液滴吐出装置１上に搭載されていても良いし、液滴測定装置２上に搭載されていても良い。また、液滴吐出装置１や液滴測定装置２に搭載せず、装置外に単体で設置されていても良い。なお、液滴測定装置２についても、装置外に単体で設置されていても良いし、液滴吐出装置１上に搭載されていても良い。
【００２９】
〈液滴吐出装置１〉
液滴吐出装置１は、ヘッドユニット５のラインヘッド６から機能性材料を含む液状体をインクジェット法により印刷対象物７に向けて液滴として吐出する。これにより、液晶ディスプレイのカラーフィルタや、有機ＥＬディスプレイ等のデバイスを製造する。
【００３０】
印刷対象物７は、生産テーブル８上にセットされている。生産テーブル８は、ヘッドユニット５の鉛直下方向の位置に配置されている。生産テーブル８は、ステージ９に取り付けられている。ステージ９は、生産テーブル８をＸ方向に搬送可能な駆動系を有する。
【００３１】
ステージ９上には、門型のガントリー１２が固定されている。ガントリー１２は、一対の脚部１０と、一対の脚部１０の上方に跨がって取り付けられた支持部１１とを有する。
【００３２】
ガントリー１２の前面には、支持台１３が連結されている。支持台１３は、図示しない昇降軸に沿って、鉛直方向（図１のＺ軸方向を参照）に移動可能となっている。支持台１３には、ヘッドユニット５が配設されている。
【００３３】
ヘッドユニット５は、分配タンク１４と、ラインヘッド６とを備えている。支持台１３を鉛直方向（Ｚ方向）への昇降移動させることで、印刷対象物７とラインヘッド６間のギャップが調整される。
【００３４】
ラインヘッド６は、複数の液滴吐出モジュール１５を有する。複数の液滴吐出モジュール１５は、印刷対象物７の全幅にわたって配列されている。液滴吐出モジュール１５は、インクを吐出させる複数のノズル（図示省略）と、各ノズルに対応した圧電アクチュエータ（図示省略）とを有する。
【００３５】
印刷制御部１６は、複数の液滴吐出モジュールヘッド１５に対して、電力と、ヘッド毎の制御信号とを供給する。印刷制御部１６は、Ｘ方向の駆動軸及びＺ方向の駆動軸にも制御信号を供給する。なお、印刷制御部１６は、後述する対応テーブル作成部１７と、体積算出部１８とを備えていても良い。
【００３６】
液滴吐出装置１は、印刷動作時に、印刷対象物７をＸ方向に搬送しながら、印刷制御部１６からの制御信号により所定のタイミングでラインヘッド６から液滴を吐出する。これにより、印刷対象物７の全幅にわたって所望の画像を形成することができる。
【００３７】
〈液滴測定装置２〉
液滴測定装置２は、撮像部２０を備え、サンプル基板１９を測定する。サンプル基板１９は、例えば、透明のガラス等のような、透光性を有する材質で構成されている。サンプル基板１９には、液滴吐出装置１のラインヘッド６によって、機能性材料が塗布されている。
【００３８】
本実施形態では、サンプル基板１９として、所望の機能性材料が塗布された印刷対象物７を割断したものを使用している。なお、印刷対象物７をそのまま使用してもよい。
【００３９】
サンプル基板１９は、撮像部２０の鉛直下方向の位置の測定テーブル２１上にセットされる。なお、液滴測定装置２におけるサンプル基板１９の搬送方法は、ロボットによる自動搬送であることが望ましいが、手動搬送としても良い。本実施形態では、液滴吐出装置１で作成された印刷対象物７を割断してサンプル基板１９を作成する工程までを自動ロボットで行い、サイズが小さくなるサンプル基板１９を液滴測定装置２にセットする搬送を手動で行う。
【００４０】
サンプル基板１９がセットされる測定テーブル２１は、駆動系を有するステージ２２に取り付けられてＸ方向へ搬送される。ステージ２２上には、門型のガントリー２３が固定されている。なお、ガントリー２３は駆動系を有し、撮像部２０をＹ方向及びＺ方向に移動できる機構とすることが望ましい。
【００４１】
なお、サンプル基板１９がセットされる測定テーブル２１は、サンプル基板１９のうち、液滴が塗布されているエリアを含む部分に空間部４４を有するのが良い。これにより、測定テーブル２１の塗装ムラや加工面のムラ部分が反射して撮像した画像に入り込むことを抑えることができる。
【００４２】
なお、ステージ２２がＸ方向に搬送される機構とせず、ステージ２２は固定されていて、撮像部２０がＸ方向に搬送される機構としても良い。この構成によれば、液滴測定装置２の動作範囲を小さくすることができる。
【００４３】
液滴測定装置２は、架台２４を備えている。架台２４には、駆動系を有するステージ２２が搭載されている。架台２４は、外部からの振動を除外するために除振台を搭載することが望ましい。除振台は、振動に対してアクティブに作動するアクティブ除振台を用いても良いし、振動に対してパッシブに作動するパッシブ除振台を用いても良い。
【００４４】
液滴測定装置２は、測定制御部２５を備えている。測定制御部２５は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の駆動軸に制御信号を供給する。測定制御部２５は、液滴を測定する際に使用する撮像部２０にも制御信号を供給する。なお、測定制御部２５は、対応テーブル作成部２６と、体積算出部２７とを備えていても良い。
【００４５】
測定制御部２５は、液滴吐出装置１に搭載されている印刷制御部１６とネットワーク等を通じて接続されていることが望ましく、撮像部２０で撮像した画像やその画像を用いて算出した液滴の体積又は表面形状等のデータの転送を行える機構とすることが望ましい。なお、撮像部２０については後述する。
【００４６】
この構成によれば、液滴測定装置２の測定制御部２５で導出した液滴体積に基づいて、液滴吐出装置１でインクを吐出する際の駆動電圧等をそれぞれの液滴吐出モジュールヘッド１５に電力とヘッド毎の制御信号とを供給することが可能となる。
【００４７】
〈液滴測定方法〉
次に、本実施形態に係る液滴測定システムを用いて行う液滴測定方法について、図２に基づいて説明する。図２に示すように、液滴測定方法は、事前準備としてスピンコートやダイコート装置等を用いて行う基板作成工程Ｓ１０と、液滴吐出装置１で行う吐出・塗布工程Ｓ２０と、液滴吐出装置１及び減圧チャンバー３で行う乾燥工程Ｓ３０と、液滴測定装置２で行う撮像工程Ｓ４０と、液滴形状測定装置４で行う形状測定工程Ｓ５０と、印刷制御部１６又は測定制御部２５で行う対応テーブル作成工程Ｓ６０と、印刷制御部１６又は測定制御部２５で行う液滴評価工程Ｓ７０と、を備えている。
【００４８】
〈基板作成工程Ｓ１０〉
基板作成工程Ｓ１０では、事前準備として、スピンコートやダイコート装置等を用いてサンプル基板１９の作成を行う。
【００４９】
図３に示すように、サンプル基板１９は、支持基板２８と、高分子膜２９とを有する。
【００５０】
支持基板２８は、例えば、ガラスを用いることができる。高分子膜２９は、例えば、有機ＥＬディスプレイの発光層を形成する際に使われるレジスト材料を有機溶媒に溶解させ、支持基板２８に対してスピンコートやダイコート等により塗布及び乾燥させることで形成される。
【００５１】
高分子膜２９となる材料は、ポリイミドやアクリル樹脂からなる感光性材料である。そして、この中にフッ素を含んでいてもよい。フッ素を含む樹脂材料は、一般的に透明性が高く、その高分子繰返し単位のうちの少なくとも一部の繰返し単位に、フッ素原子を有するものであればよく、特に限定されない。
【００５２】
フッ素化合物を含む樹脂の例には、フッ素化ポリオレフィン系樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、フッ素化ポリアクリル樹脂などが含まれる。高分子膜２９の膜厚は、通常、０．１〜３μｍであり、特に０．８〜１．２μｍであることが好ましい。以下、高分子膜２９の例として、ポリイミドやアクリル樹脂からなる感光性材料を用いた場合について説明する。
【００５３】
高分子膜２９の材料として、フッ素含有の高分子材料を用いることで、高分子膜２９は、撥水性を有することになる。ここで、表面にフッ素膜が形成された状態では、撥水性が高すぎる場合がある。このような場合には、インクを塗布／乾燥後に所望の接触角が得られない。そこで、サンプル基板１９の高分子膜２９に対してＵＶ光（紫外線光）を照射することによって、フッ素の結合を部分的に切ることで、サンプル基板１９の撥水性を制御することができる。
【００５４】
〈吐出・塗布工程Ｓ２０〉
次に、液滴吐出装置１で行う吐出・塗布工程Ｓ２０における、評価対象となる複数のノズルを有するラインヘッドから機能性材料を含む液状体を吐出してサンプル基板１９に液滴を形成する吐出・塗布工程について説明する。
【００５５】
図４は、サンプル基板１９とその上に形成された液滴塗布パターンを表す。
【００５６】
サンプル基板１９上には、液滴３０と、ダミー液滴３１とが設けられている。ダミー液滴３１は、液滴サンプルの乾燥時に、液滴３０の溶媒雰囲気を一定に保ち、液滴３０の接触角αを一定の範囲に保つ役割がある。
【００５７】
なお、ダミー液滴３１の個数やサイズは、使用するインクの溶媒によって変わるが、例えば、１〜１０周程度のダミー液滴３１によって液滴３０の外周を取り囲むのが望ましい。本実施形態では、液滴３０の周りに、２周のダミー液滴３１を配置している。
【００５８】
〈乾燥工程Ｓ３０〉
乾燥工程Ｓ３０では、使用するインクの溶媒の物性によるが、例えば、２０℃以上６０℃以下の温度範囲で、減圧雰囲気で行う。なお、使用するインクの溶媒の物性にあわせて、例えば、液滴吐出装置の上に所定の時間だけ放置して大気雰囲気で自然乾燥させた後に、しかるべきタイミングで減圧雰囲気の減圧チャンバーで行うのが良い。この構成によれば、吐出された液滴を所望の形状にコントロールすることが可能となる。
【００５９】
以下、図５Ａ〜図５Ｄを用いて、吐出・塗布工程で吐出されたインクが、乾燥工程Ｓ３０において溶媒が蒸発し、残存する溶質の集合体として液滴形状が形成される過程について説明する。
【００６０】
図５Ａは、サンプル基板１９に着液した直後の液滴１０１の様子を示している。液滴１０１は、静接触角θ０、直径Ｄ０の形状で着液する。静接触角θ０は、サンプル基板１９及び液滴１０１の表面張力と、液体と固体間の界面張力により決定される。また、直径Ｄ０は、液滴の体積及び接触角θ０から決定される。
【００６１】
なお、図５Ａに示す例では、液滴を上面から見た形状が略真円形であるとして、直径Ｄ０と表現しているが、液滴１０１とサンプル基板１９間の界面張力のばらつき等の影響で、例えば、楕円形状等の略真円形でない場合もある。なお、以下の説明では、理解を容易とするために、液滴を上面から見た形状は略円形であるものとする。
【００６２】
図５Ｂは、着液した液滴の接触角が、後退接触角θ１となるまで溶媒１０２が蒸発して、液滴１０３となるように縮小する様子を示している。この過程は、ＣＣＲ（Constant Contact Radius）モードと呼ばれ、直径Ｄ０は、ほとんど変化せず、接触角のみが縮小する。なお、後退接触角θ１は、サンプル基板１９及び液滴の表面張力と、液滴と基板間の界面張力により決定される。
【００６３】
図５Ｃは、接触角が後退接触角θ１に達した液滴が、直径Ｄ２となるまで溶媒１０４が蒸発して、液滴１０５となるように縮小する様子を示している。この過程は、ＣＣＡ（Constant Contact Angle）モードと呼ばれ、接触角θ１はほとんど変化せず、直径のみが縮小する。
【００６４】
なお、このＣＣＡモードは、液滴１０１の表面濃度が、臨界濃度と呼ばれる所定の濃度に達すると終了する。ここで、ＣＣＡモードが終了する現象は、一般的にピンニング（接触角固定）と呼ばれる。
【００６５】
図５Ｄは、表面濃度が臨界濃度に達してピンニングした後、接触角がθ２となるまで溶媒１０６が蒸発して、液滴１０７となるように縮小する様子を示している。この過程では、再びＣＣＲモードとなり、直径Ｄ２は、ほとんど変化せず、接触角のみが縮小する。この過程を経て、溶媒がほぼ全て蒸発し、溶質のみが残った状態となる。
【００６６】
なお、図５Ｃから図５Ｄに移行する際にピンニングが生じる臨界濃度は、サンプル基板１９の撥水性や液滴の表面張力、液滴内に含まれる溶質の分子量等により異なる。
【００６７】
ここで、溶媒が蒸発する過程において、溶媒の蒸発は、液滴表面で発生するため、液滴内部では常に表面に近い側の濃度が高くなる。同時に、濃度差があると液滴内で溶媒が対流することで溶質が拡散し、液滴内の濃度は均一になろうとする。
【００６８】
しかしながら、蒸発速度が速い場合、相対的に溶質の拡散速度が遅くなり、液滴内部での濃度差が大きくなることから、液滴表面の濃度が高くなりやすい。なお、溶質の拡散速度はインクの種類によって決まる固有値である。
【００６９】
すなわち、例えば、同様のサンプル基板１９及びインクを用いた場合においても、溶媒の蒸発速度が速い場合、液滴の表面濃度が臨界濃度に達するタイミングが早くなり、直径Ｄ２が大きいままピンニングが生じる。また、液滴表面の溶質濃度が高くなるため、液滴表面に固形化した溶質の膜ができやすい。
【００７０】
これらの理由により、溶媒の蒸発速度が速い場合、ピンニングが生じた後に図５Ｄに示すように接触角が縮小していく過程で、固形化した溶質の膜が重力に耐えられずに、液滴が、中央部に凹部を有する凹型形状となる場合がある。
【００７１】
このように、溶質の拡散速度と溶媒の蒸発速度の相対関係によって、中央部に凹部を有する凹型形状となりやすいか否かが決定される。
【００７２】
例えば、同様の溶質であっても、蒸発速度の異なる溶媒を用いれば、同条件で液滴を作成しても乾燥後の液滴形状は異なる。
【００７３】
また、例えば、同様の溶媒であっても、異なる溶質を用いれば、拡散速度が異なる。そのため、同条件で液滴を作成しても乾燥後の液滴形状は異なる。
【００７４】
また、例えば、同様の溶媒及び溶質を用いても、溶質の濃度が異なれば、臨界濃度に達するタイミングが異なる。そのため、同条件で液滴を作成しても、乾燥後の液滴形状は異なる。
【００７５】
また、サンプル基板１９の撥水性や減圧雰囲気の圧力や温度等の条件が異なれば、同様の溶媒及び同様の溶質を同様の濃度で調剤したインクで液滴を作成しても、乾燥後の液滴形状は異なる。
【００７６】
すなわち、インクや基板や乾燥雰囲気等の条件により、液滴の形状は変わりやすく、これらの条件によっては、中央部に凹部を有する凹型形状の液滴が形成される場合がある。
【００７７】
図６Ａは、中央部に凹部を有さない凸型形状の液滴について、中央部を含む断面から見たときの形状、傾斜、輝度のプロファイルの一例を示す概念図である。図６Ａに示すように、液滴が凸型形状であれば、傾斜は、中央部から外周方向に向かってどちらか一方向に連続的に変化する。また、輝度は、液滴の傾斜と相関を持つため、傾斜と同様に、中央部から縁部に向かって一方向に低下する。
【００７８】
図６Ｂは、中央部に凹部を有する凹型形状の液滴について、中央部を含む断面から見たときの形状、傾斜、輝度のプロファイルの一例を示す概念図である。図６Ｂに示すように、液滴が凹型形状であれば、傾斜は、形状が中央部に凹部を有さない凸形状の場合のようにどちらか一方の方向に向かわず、正の方向に向かう部分と負の方向に向かう部分が混在する。また、輝度は、液滴の傾斜と相関を持つため、凸型形状の場合のように中央部から縁部に向かって一方向に輝度が低下せず、輝度が上昇する部分と低下する部分が混在する。
【００７９】
ここで、凸型形状の液滴においては、輝度が傾斜と相関を有することを利用して、輝度から傾斜の絶対値を算出した後、傾斜が一方向に向かうことを前提として形状を復元する方法を適用することができる。
【００８０】
しかしながら、凹型形状の液滴においては、傾斜が一方向に向かわないため、輝度から傾斜の絶対値を推測するだけでは、液滴の形状を復元することはできない。
【００８１】
さらに、図６Ｂのように、中央部に凹部を有する凹型形状の液滴の場合、液滴が凹面鏡のように振る舞うことで、凹部の中央部における輝度が極端に明るくなる場合がある。そのため、稜線部７２の内側部と稜線部７２の外側部とでは、輝度の挙動が異なる。よって、輝度と傾斜の関係も一定ではないため、輝度から傾斜を復元する場合にも、稜線部７２の内側部と稜線部７２の外側部は分けて考える必要が生じる。
【００８２】
すなわち、中央部に凹部を有する凹型形状の液滴は、表面形状及び体積測定の難易度が上がるため、中央部に凹部を有さない凸型形状とすることが望ましく、そのために基板や環境の条件を制御するのが良い。
【００８３】
しかしながら、全ての液滴の形状を凸型形状に制御しようとすると、液滴の傾斜が大きくなりすぎる等の要因で、測定がさらに困難となる場合がある。
【００８４】
すなわち、中央部に凹部を有さない凸型形状とし、かつ傾斜が高くなりすぎない液滴形状となるように液滴作成プロセスを制御する方法は、インクによってはプロセスの制御条件が非常に厳しくなり、少しの変化で凹型形状の液滴ができ上がってしまうという欠点を有する。そして、凹型形状となり易いインクを用いる場合、測定精度の悪化や、測定のエラー率が高くなることで設備の稼働率が低下するという問題が生じる。
【００８５】
そのため、測定対象の液滴に、中央部に凹部を有する凹型形状が含まれていても、液滴体積を算出できる方法で測定することが望ましい。
【００８６】
そこで、本実施形態では、少なくとも一部の液滴形状が、中央部に凹部を有する凹型形状であっても、撮像画像の輝度情報を用いて高速に液滴体積を算出できるようにしている。以下、このような方法について説明する。
【００８７】
〈撮像工程Ｓ４０〉
撮像工程Ｓ４０では、乾燥工程Ｓ３０を経て作成された液滴３０を撮像部２０によって撮像する。
【００８８】
図７に示すように、撮像部２０は、照明光３９を発する光源３２と、カメラ３３と、レンズ３４と、カメラ３３及びレンズ３４を保持する治具３５と、それらを走査軸３６に沿ってＸ方向に駆動させる駆動機構３７と、ピント調整のためのＺ方向駆動機構３８とを有する。
【００８９】
カメラ３３及びレンズ３４は、走査軸３６に沿って移動しながら、サンプル基板１９に塗布された液滴３０の画像を撮像する。液滴サンプルの画像データは、測定制御部２５に設けられた対応テーブル作成部２６及び体積算出部２７に送られる。
【００９０】
カメラ３３は、ラインセンサを搭載したカメラである。なお、エリアセンサを搭載したカメラであってもよい。画素数及び画素サイズは、撮像対象物に合わせて選定すれば良いが、本実施形態では、幅方向の画素数４０９６、画素サイズを２μｍとした。レンズ３４の倍率及びＮＡは、撮像対象液滴の形状に合わせて選定する。本実施形態では、倍率が５倍、ＮＡが約０．１のレンズを用いた。
【００９１】
なお、レンズ３４は、テレセントリックレンズを用い、フォーカスの影響を相対的に小さくするのが望ましい。また、光軸傾斜の影響を避けるため、照明は、同軸落射のレンズを用いるのが望ましい。
【００９２】
〈液滴測定装置の全体フローの要部〉
次に、撮像工程Ｓ４０で得られた液滴の画像データを用いて各液滴の体積又は表面形状を算出する液滴評価工程Ｓ７０と、形状測定工程Ｓ５０と、対応テーブル作成工程Ｓ６０について、図８を参照しながら説明する。
【００９３】
なお、これらの工程は、上述したように、少なくとも一部の液滴形状が、中央部に凹部を有する凹型形状である場合についても、撮像画像の輝度情報を用いて高速に液滴体積を算出する方法である。
【００９４】
まず、図８に示した液滴評価工程Ｓ７０を説明する前に、液滴評価工程Ｓ７０の実行に必要な対応テーブルを予め作成するための形状測定工程Ｓ５０及び対応テーブル作成工程Ｓ６０を説明する。
【００９５】
〈形状測定工程Ｓ５０〉
形状測定工程Ｓ５０は、被測定物の複数の液滴の中から抽出された所定の位置の代表液滴の形状を、液滴形状測定装置４で測定する工程である。液滴の表面の三次元座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系）上の位置座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）を、液滴形状測定装置４により測定する。
【００９６】
〈対応テーブル作成工程Ｓ６０〉
対応テーブル作成工程Ｓ６０は、形状測定工程Ｓ５０で測定された各プロファイルに基づいた位置座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）から、液滴の表面の三次元座標系上の位置における傾斜を求め、その求めた傾斜と、その位置に対応する二次元座標系上の位置における輝度との対応関係を表す対応テーブルを作成する。
【００９７】
本実施形態では、対応テーブルを、測定制御部２５の対応テーブル作成部２６において作成する。なお、計算時間の並列化のために印刷制御部１６の対応テーブル作成部１７において作成しても良い。
【００９８】
なお、外部環境や照明のばらつきを抑制するため、対応テーブルを作成する際の輝度は、基準となる輝度情報で除した輝度比としても良い。
【００９９】
ここで、上述のように、中央部に凹部を有する凹型形状の場合、稜線部を境として内側と外側では輝度の挙動が異なるため、輝度と傾斜の対応テーブルの挙動も異なる挙動を示す。
【０１００】
図９は、凹型形状についての輝度と傾斜の対応関係を表す対応テーブル５０の一例を示している。対応テーブル５０に含まれる実線部５１は、第１対応テーブルの例を示している。第１対応テーブルは、稜線部の外側（外側部）における輝度と傾斜の対応関係を表す。第１対応テーブルは、図９に示す通り、傾斜が急峻になるほど輝度が暗くなる関係になる。
【０１０１】
一方で、対応テーブル５０に含まれる破線部５２は、第２対応テーブルの例を示している。第２対応テーブルは、稜線部の内側（内側部）における輝度と傾斜の対応関係を表す。
【０１０２】
ここで、稜線部の内側は凹型であるため、傾斜の符号は、稜線部の外側での傾斜の符号と反対になる。また、凹面効果の影響により、凹部の中央部付近で、傾斜が０であるにもかかわらず、稜線部で傾斜が同様に０である部分の輝度よりも輝度値が大きくなる場合もある。
【０１０３】
このように、稜線部を境として、内側と外側では、対応テーブル５０の挙動が異なる。そのため、混在して一つのテーブルを作成すると、例えば、一つの輝度値に対応する傾斜値が複数存在することとなる。これを防ぐために、例えば、平均値等で処理をしても、実際とは乖離した傾斜値と対応することになってしまう。
【０１０４】
よって、稜線部の外側（外側部）における輝度と傾斜の対応関係を表す第１対応テーブルと、稜線部の内側（内側部）における輝度と傾斜の対応関係を表す第２対応テーブルを、それぞれ作成するのが良い。
【０１０５】
なお、後述するように、稜線部の内側（内側部）の形状算出について、対応テーブルを用いずに近似する場合は、第１対応テーブルのみを作成しても良い。その場合においても、稜線部の内側（内側部）と稜線部の外側（外側部）を分離する分離工程Ｓ７９を経る必要があるが、分離工程Ｓ７９については後述する。
【０１０６】
〈液滴評価工程Ｓ７０〉
次に、図８の液滴評価工程Ｓ７０について説明する。液滴評価工程Ｓ７０は、測定制御部２５の体積算出部２７で行うのが良いが、計算時間の並列化のために印刷制御部１６の体積算出部１８で行っても良い。
【０１０７】
まず、液滴評価工程Ｓ７０のステップＳ７１では、撮像工程Ｓ４０で撮像した、評価対象となる全てのノズルから吐出された全ての液滴についての画像から、各液滴の位置を特定し、それぞれの液滴ごとに切り取った液滴毎画像を生成する。
【０１０８】
次に、分離工程Ｓ７９では、ステップＳ７１で得られた液滴毎画像を用いて、各液滴について、稜線部の内側（内側部）と、稜線部の外側（外側部）とに分離する。
【０１０９】
以下、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて、稜線部の内側（内側部）と、稜線部の外側（外側部）とに分離する分離工程Ｓ７９について説明する。
【０１１０】
図１０Ａは、中央部に凹部を有する凹型形状の液滴について、中心部を含む断面から見た輝度のプロファイルの一例を示す概念図である。輝度は、傾斜と相関を有するため、傾斜が平らであれば明るくなり、傾斜が急峻になれば暗くなる傾向にある。そのため、基板部の輝度６３、稜線部の輝度６１、頂点部の輝度６２が明るくなる。
【０１１１】
そこで、内側部と外側部を分離する稜線部を探索するために、液滴の外側から中央に向かって輝度の配列を構成し、輝度の極大値を探索し、最初に極大値を見つけたＸ−Ｙ座標を稜線部の一部とするのが良い。
【０１１２】
なお、計算上のノイズを除外するために、輝度の配列を作成する際に、基板部の輝度６３は除外して作成するのが良い。ここで、基板部の輝度６３を除外する方法として、液滴の外側から内側に向かって輝度の最小値を探索し、輝度の最小値から内側の輝度のみを用いて輝度の配列を構成するのが良い。
【０１１３】
また、計算上のノイズを除外するために、事前に輝度の平滑化処理を行ってから輝度の配列を作成しても良い。
【０１１４】
なお、輝度配列は、液滴の中央から外側に向かって異なる方向に少なくとも４つ以上の方向の輝度配列を有する構成とするのが良い。そうすることで、液滴形状の点対称性が不充分である等の理由で、稜線部を円形で近似できない場合、例えば、楕円形状等で近似することができる。
【０１１５】
また、輝度配列は、液滴の中央から外側に向かって異なる方向に狭ピッチで配列され、各配列で求められた稜線部の一部をつなぎ合わせて稜線部を構成することで、形状近似を用いずに稜線部を求めても良い。そうすることで、液滴形状をより正確に復元することができる。
【０１１６】
ここで、本実施形態では、液滴の中央から外側に向かって異なる方向に１度刻みで配列を構成し、合計３６０度、つまり、液滴の中央部から１度刻みで３６０列を放射状に配列された各配列で求められた稜線部の一部を含む画素を稜線部とする構成とした。なお、稜線部に含まれる画素については、内側部に含めても良いし、外側部に含めても良い。
【０１１７】
分離工程Ｓ７９は、中央部に凹部を有さない凸型形状の液滴に対しても、同一の方法で行われる。以下、図１０Ｂを用いて、中央部に凹部を有さない凸型形状の液滴に対して分離工程Ｓ７９が行う場合について説明する。
【０１１８】
図１０Ｂは、中央部に凹部を有さない凸型形状の液滴について、中心部を含む断面から見た輝度プロファイルの一例を示す概念図である。輝度は、傾斜と相関を有するため、傾斜が平らであれば明るくなり、傾斜が急峻になれば暗くなる傾向にある。そのため、基板部の輝度６３、頂点部の輝度６２が明るくなる。
【０１１９】
上述した方法の通り、内側部と外側部を分離する稜線部を探索するために、液滴の外側から中央に向かって輝度の配列を構成し、輝度の極大値を探索すると、どの方向から探索した場合においても頂点部の輝度６２を極大値として検出することとなる。
【０１２０】
すなわち、中央部に凹部を有さない凸型形状の液滴に対して分離工程Ｓ７９を行うと、内側部は、頂点部の１画素のみ又はその周辺の数画素のみ、あるいは内側部は存在しないという結果を出力することになる。
【０１２１】
そのため、凹型形状の液滴についても、凸型形状の液滴についても、本実施形態で説明する同一の方法で同時に測定することが可能となるが、詳細は後述する。
【０１２２】
次に、ステップＳ７２〜Ｓ７５で、稜線部の外側部における表面形状を導出する。
【０１２３】
ステップＳ７２では、分離工程Ｓ７９で分離された液滴毎画像のうちの外側部について、画像の輝度情報と上述した対応テーブルとを用いて、各画素位置での傾斜を算出する。
【０１２４】
なお、対応テーブルは、上述のように、内側部と外側部で異なるが、ステップＳ７２では、外側部の輝度を用いて作成された第１対応テーブルを用いるのが良い。
【０１２５】
ステップＳ７３では、分離工程Ｓ７９で分離された液滴毎画像のうちの外側部について、ステップＳ７２で得られた各画素位置の全ての傾斜情報を用いて、各画素の位置のＺ方向高さ（仮値）を算出することで、外側部における液滴形状を復元する。
【０１２６】
なお、液滴形状を復元するために、稜線部に含まれる各座標から液滴の外側に向かって画素配列を形成し、稜線部に含まれる各座標に同一のＺ方向高さ（仮値）を与えた後、配列に含まれる各画素における傾斜情報より、隣接する画素におけるＺ方向高さを順次機能的に求めるのが良い。
【０１２７】
次に、ステップＳ７４では、画像の輝度情報を用いて、液滴の輪郭部である液滴外周部の座標を算出する。液滴外周部に含まれる座標の算出方法は、輝度配列を配列して輝度の最小値を求めても良いし、輝度の微分値を求めてその極値を求めても良い。
【０１２８】
なお、液滴外周部は、円形で近似しても良いし、近似を用いずに各配列で求められた液滴外周部に含まれる座標をつなぎ合わせて液滴外周部としても良い。
【０１２９】
次に、ステップＳ７５では、液滴外周部におけるＺ方向高さが０となるように、ステップＳ７３で求めた各画素の位置のＺ方向高さ（仮値）にオフセット値を与えることで、各画素位置でのＺ方向高さ（真値）を算出する。
【０１３０】
そのために、まず、ステップＳ７３で求めた各画素位置での高さ（仮値）と、ステップＳ７４で求めた液滴外周部の座標を用いて、液滴外周部におけるＺ方向高さ（仮値）を算出する。そして、各画素の位置のＺ方向高さ（仮値）から液滴外周部におけるＺ方向高さ（仮値）を減算することで、オフセット計算を行う。そうすることで、外周部におけるＺ方向高さが０となる、外側部における各画素位置でのＺ方向高さ（真値）を算出する。
【０１３１】
なお、上述のオフセット計算は、ステップＳ７３で述べた、稜線部に含まれる各座標から液滴の外側に向かって形成した画素配列ごとに行うのが望ましい。
そうすることで、液滴外周部に含まれる全ての画素におけるＺ方向高さを０とした各画素位置でのＺ方向高さ（真値）を算出することができる。
【０１３２】
また、計算を容易にするために、上述したオフセット計算は、液滴内の全ての画素を対象として一律で行っても良い。その場合、液滴外周部に含まれる画素におけるＺ方向高さ（仮値）は一定でない場合もあるため、液滴外周部におけるＺ方向高さ（仮値）は、液滴外周部に含まれる画素におけるＺ方向高さ（仮値）の平均値等で求めるのが良い。
【０１３３】
ステップＳ７５では、稜線部におけるＺ方向高さ（真値）を算出する。なお、ステップＳ７５で算出した稜線部の高さは、後述する内側部の形状算出に用いるが、詳細は後述する。
【０１３４】
次に、ステップＳ８１〜Ｓ８４で、稜線の内側部における表面形状を導出する。
【０１３５】
まず、液滴評価工程Ｓ７０のステップＳ８１では、ステップ７９で分離された液滴毎画像のうちの内側部について、輝度情報と、上述した対応テーブルを用いて、各画素位置での傾斜を算出する。
【０１３６】
なお、対応テーブルは、上述のように、内側部と外側部で異なるが、ステップＳ８１では、内側部の輝度を用いて作成された第２対応テーブルを用いる。
【０１３７】
分離工程Ｓ７９で分離された液滴毎画像のうちの内側部について、ステップＳ８１で得られた各画素位置の全ての傾斜情報を用いて、各画素の位置のＺ方向高さ（仮値）を算出する。
【０１３８】
なお、液滴形状を復元するために、液滴の頂点部から稜線部に向かって画素配列を形成し、液滴の頂点部に同一のＺ方向高さ（仮値）を与えた後、配列に含まれる各画素における傾斜情報より、隣接する画素におけるＺ方向高さを順次機能的に求めるのが良い。
【０１３９】
次に、ステップＳ８３では、ステップＳ８２で求めた稜線部におけるＺ方向高さ（仮値）が、ステップＳ７５で求めた稜線部におけるＺ方向高さ（真値）と一致するように、ステップＳ８２で求めた各画素の位置のＺ方向高さ（仮値）にオフセット値を与えることで、内側部における各画素位置でのＺ方向高さ（真値）を算出する。
【０１４０】
そのために、まず、ステップＳ８２で求めた稜線部におけるＺ方向高さ（仮値）と、ステップＳ７５で求めた稜線部におけるＺ方向高さ（真値）の差分を算出し、その差分値を各画素の位置のＺ方向高さ（仮値）に対して減算することで、オフセット計算を行う。そうすることで、外側部と内側部それぞれで復元した形状において、稜線部におけるＺ方向高さが同一となり、外側部と内側部が連続的につながる液滴形状を復元することができる。
【０１４１】
なお、上述したオフセット計算は、ステップＳ８２で述べた、頂点部から稜線部に向かって形成した画素配列ごとに行うのが望ましい。そうすることで、稜線部に含まれる各画素におけるＺ方向高さが一定でない場合においても、その違いを反映した形状を復元することができる。
【０１４２】
なお、頂点部におけるＺ方向高さが複数存在する場合もあるが、頂点部におけるＺ方向高さは、各配列で求められる頂点部におけるＺ方向高さの平均等で算出するのが良い。その場合、実際の中央部におけるＺ方向高さと異なる場合もあるが、液滴中心部の１画素のみの値であり、体積値の算出に対する影響は軽微である。
【０１４３】
なお、計算を容易にするために、上述したオフセット計算は、内側部における液滴内の全ての画素を対象として一律で行っても良い。その場合、ステップＳ７５で求めた稜線部に含まれる画素におけるＺ方向高さ（真値）は一定でない場合もあるため、稜線部におけるＺ方向高さ（真値）は、ステップＳ７５で求めた稜線部に含まれる画素におけるＺ方向高さ（真値）の平均等で求めるのが良い。
【０１４４】
また、同様に、ステップＳ８２で求めた稜線部に含まれる画素におけるＺ方向高さ（仮値）も一定でない場合もあるため、稜線部におけるＺ方向高さ（仮値）は、ステップＳ８２で求めた稜線部に含まれる画素におけるＺ方向高さ（仮値）の平均等で求めるのが良い。そうすることで、中央部におけるＺ方向高さがを複数存在しない方法とすることができる。
【０１４５】
ステップＳ８４では、ステップＳ７５及びステップＳ８３で求めた液滴の外側部及び内側部の各画素位置におけるＺ方向高さ（真値）と、各画素位置に対応する画素の面積との積を、内側部及び外側部の画素について全て足すことで、当該一つの液滴の体積を求める。
【０１４６】
このように、外側部の表面形状を算出し、内側部における表面形状を、外側部の表面形状を基に算出する方法とすることで、中央部に凹部を含む液滴についても、輝度情報を用いて高速かつ高精度に液滴の表面形状及び体積を算出することができる。
【０１４７】
これらの方法について、図１１Ａ〜図１１Ｃを用いて補足説明をする。図１１Ａ〜図１１Ｃは、内側部における表面形状を、外側部の表面形状を基に算出する方法の概念図を示している。
【０１４８】
図１１Ａは、ステップＳ７５で算出される、外側部における各画素位置でのＺ方向高さ（真値）の概念図を示している。液滴外周部７１の座標におけるＺ方向高さが０となるようにして演算され、稜線部７２の座標におけるＺ方向高さ７３が求められる。
【０１４９】
図１１Ｂは、ステップＳ８２で算出される、内側部における各画素位置でのＺ方向高さ（仮値）の概念図を示している。内側部における形状を算出し、稜線部７２の座標におけるＺ方向高さ７４が求められる。
【０１５０】
図１１Ｃは、ステップＳ８３で算出される、内側部及び外側部における各画素位置でのＺ方向高さ（真値）の概念図を示している。図１１Ｂで示した稜線部７２の座標におけるＺ方向高さ７４と、図１１Ａで示した稜線部７２の座標におけるＺ方向高さ７３が一致するように、内側部における各画素位置でのＺ方向高さ（真値）がオフセット計算され、外側部における各画素位置でのＺ方向高さ（真値）と合わせることで、図１１Ｃに示すように１つの液滴形状が算出される。
【０１５１】
ところで、内側部の輝度については上述したように、液滴が凹面鏡の効果を有することがあるため、輝度のばらつきが大きく、輝度と傾斜の相関が小さくなる。
【０１５２】
そのため、内側部の表面形状及び体積を算出するのにあたって、液滴毎画像の輝度と対応テーブルを用いて形状を復元する方法を用いると、液滴形状を算出する際に誤差が生じやすくなる。
【０１５３】
一方で、凹部を有する液滴の凹部の形状は、上述のように、溶媒や溶質の特性及び、乾燥時の環境に依存する。そのため、乾燥条件や基板の撥水性といった条件が同様になる同一エリア内に塗布された液滴について、凹み部の形状は類似形状となる。
【０１５４】
そこで、内側部については、液滴毎画像の輝度と対応テーブルを用いて形状を復元する方法を用いず、簡易的な形状で近似する方法を用いても良い。
【０１５５】
図１２は、内側部について簡易的な形状で近似する方法を用いた場合の、液滴評価工程のフロー図を示している。ステップＳ７５では、外側部における形状を算出する。形状近似工程Ｓ９１では、外側部で算出された形状を基に内側部を所望の形状で近似する。ステップＳ８３では、液滴内の全画素についてのＺ方向高さを積分して液滴体積を算出する。
【０１５６】
これにより、液滴の乾燥条件などによって違いの生じやすい外側部の高さ方向については輝度情報を用いて追従し、体積に対する相対的な影響力が小さく且つ類似形状になりやすい内側部については、簡易的な近似を用いることで、測定ばらつきを抑制することができる。
【０１５７】
図１３は、内側部について簡易的な形状で近似して液滴形状を算出する一例を示す概念図である。
【０１５８】
図１３に示すように、稜線部の内側は、下に凸の略円錐形状として近似しても良い。
【０１５９】
なお、円錐形状の上面部の高さは、外側部の輝度情報を用いて導出された稜線部の座標におけるＺ方向高さのうち、最小値と最大値の間の任意の値とするのが良い。そうすることで、実際の凹部の形状と類似の形状として近似することができる。
【０１６０】
また、円錐形状の上面部の高さは、外側部の輝度情報を用いて導出された稜線部の座標におけるＺ方向高さの平均値としても良い。そうすることで、特に平面方向から見て点対称でない液滴に対して、外側部の形状算出時の誤差の影響を抑制することができる。
【０１６１】
また、円錐形状の高さについては、形状測定工程Ｓ５０において算出する代表液滴の凹み量に応じて決めても良い。そうすることで、代表液滴と同一エリアの液滴については同様の凹み量であるという仮定のもとで、より実際に近い形状を再現することができる。
【０１６２】
図１４は、内側部については簡易的な形状で近似して液滴形状を算出する別の一例を示す概念図である。
【０１６３】
図１４に示すように、稜線部の内側は、略円筒形状として近似するのが良い。なお、円筒形状の上面部の高さは、外側部の輝度情報を用いて導出された稜線部の座標におけるＺ方向高さのうち、最小値と最大値の間の何れかの値とするのが良い。そうすることで、より簡易的な計算方法で液滴形状を近似することができる。
【０１６４】
また、円筒形状の上面部の高さは、外側部の輝度情報を用いて導出された稜線部の座標におけるＺ方向高さの平均値としても良い。そうすることで、特に平面方向から見て点対称でない液滴に対して、外側部の形状算出時の誤差の影響を抑制することができる。
【０１６５】
なお、この場合、内側部に凹部が存在しないものとして体積が演算されることとなり、実際よりも体積値を大きく算出することになる。しかしながら、測定対象の全ての液滴について同様に体積値を大きく算出することになるので、測定対象となる全ての液滴を測定した後に、一律のオフセット関数値を与えることで相殺することができる。
【０１６６】
なお、オフセット関数値については、ステップＳ５０で測定して求めた体積値と、ステップＳ７０で求めた体積値との差分を基に決めるのが良い。そうすることで、測定時間のかかるステップＳ５０の工程を最小限に抑えたまま、輝度情報を用いて高速且つ高精度に液滴の表面形状及び体積を算出することができる。
【０１６７】
なお、中央部に凹部を有する凹型形状の液滴を対象として、輝度情報を用いて高速且つ高精度に液滴の表面形状及び体積を算出する方法を説明したが、これらの方法は、中央部に凹部を有さない凸型形状の液滴についても同様に適用できる。
【０１６８】
なぜならば、分離工程Ｓ７９において説明した通り、中央部に凹部を有さない凸型形状の液滴に対して分離工程Ｓ７９を行うと、内側部が中央部の１画素のみ又はその周辺の数画素のみ、あるいは内側部は存在しないという結果を出力するためである。
【０１６９】
そのため、内側部が中央部の１画素のみ又はその周辺の数画素のみの場合、内側部が極小範囲であるとして同様の計算が行われ、内側部が存在しない場合、ステップＳ９１が省略される。よって、液滴内の全ての座標が外側部であるとして計算しても、分離工程Ｓ７９を用いて外側部と内側部に分離してから計算しても、同様の結果を出力する。
【０１７０】
このように、本実施形態に係る液滴測定方法によれば、被測定物に含まれる複数の液滴は、凹型形状と凸型形状の液滴の双方を含んでいても、凹型形状の液滴と凸型形状の液滴体積は、同一の方法によって同時に測定することができる。
【０１７１】
そのため、溶質と溶媒の混合物で構成され、基板に吐出された後に溶媒が蒸発し、溶媒が蒸発する際に溶質が溶媒の内部を対流して拡散することで凹部が形成されやすいインクについて、本実施形態に係る液滴測定方法は効果的である。
【０１７２】
なぜならば、溶質と溶媒の混合物でもって構成されるインクが吐出されて形成される液滴形状は、僅かなプロセス条件の変化によって変わりやすく、凹型形状の液滴と凸型形状が混在して生成されやすいが、そのような測定物であっても、同一の方法によって同時に測定できるためである。もちろん、凹型形状のみが生成されていても、凸型形状のみが生成されていても、同一の方法によって同時に測定できる。
【０１７３】
このように、液滴吐出装置１によって吐出された液滴の体積又は形状を、液滴測定装置２によって、高速に精度良く測定することが可能となり、例えば、印刷対象物７の色ムラ等を管理するためのインクジェット装置の校正を高速に行うことができる。
【０１７４】
そのため、液滴の体積測定時間を短縮化することができ、ＤＰＮ（Drive Per Nozzle）機能を有するインクジェット装置の稼働率を悪化させずに、各ノズルから吐出される液滴量を均一にすることができ、膜厚の差や色むらの発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
本発明は、液晶ディスプレイのカラーフィルタや、有機ＥＬディスプレイパネルの製造における有機発光材料を塗布形成するための液滴吐出式の印刷装置の高性能化に寄与する。
【符号の説明】
【０１７６】
１    液滴吐出装置
２    液滴測定装置
４    液滴形状測定装置
５    ヘッドユニット
６    ラインヘッド（ノズル）
７    印刷対象物（基板）
８    生産テーブル（基板設置台）
１６    印刷制御部
１７    対応テーブル作成部
１８    体積算出部
１９    サンプル基板
２０    撮像部（液滴撮像部）
２１    測定テーブル
２５    測定制御部
２６    対応テーブル作成部
２７    体積算出部
３０    液滴（被測定物）
５０    対応テーブル
５１    第１対応テーブル
５２    第２対応テーブル
６１    稜線部の輝度
６２    中央部の輝度
６３    基板部の輝度
７１    液滴外周部
７２    稜線部
７３    稜線部高さ（真値）
７４    稜線部高さ（仮値）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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