(57)【要約】【課題】静電容量の変化によってノズルからのインク吐出の有無を検出する電気的不吐出検出において、電極間での液滴の滞在時間を長くするとともに、電極の汚染を抑制することにより、インク吐出の検出感度を向上する。【解決手段】静電容量検出部５において、塗布ヘッド１に形成された第１電極３と、該第１電極３の液滴吐出方向に対向して配置された第２電極４との間の静電容量を測定して、ノズル２から吐出信号８の出力に応じて吐出するインク液滴３０の静電容量の変化を検出し、該検出結果に基づき吐出判定部７によって、ノズル２からのインク液滴３０の吐出の有無を判定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布ヘッドに形成されたノズルからインク液滴を吐出させるインク吐出制御方法において、前記塗布ヘッドのうち前記ノズルの開口部の外側に形成された第１電極と、前記第１電極の液滴吐出方向に配置された第２電極との間の静電容量を測定し、前記インク液滴の吐出信号の出力に応じた前記静電容量の変化を検出することにより、前記ノズルからの液滴吐出の有無を判定することを特徴とするインク吐出制御方法。
【請求項２】
前記第２電極は前記第１電極に向かって凸状の形状であることを特徴とする請求項１記載のインク吐出制御方法。
【請求項３】
前記第２電極の表面は撥水処理が施されていることを特徴とする請求項１または２記載のインク吐出制御方法。
【請求項４】
前記塗布ヘッドに形成された参照第１電極と、前記参照第１電極の液滴吐出方向に対向して配置された参照第２電極との間の参照静電容量と、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量との差分を検出することにより、前記ノズルからの液滴吐出の有無を検出することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のインク吐出制御方法。
【請求項５】
塗布ヘッドに形成されたノズルから機能性材料のインク液滴を吐出して、基板上に機能性材料を塗布する機能性素子の製造方法において、前記インクの塗布に際して請求項１〜４いずれか１項記載のインク吐出制御方法を用いることを特徴とする機能性素子の製造方法。
【請求項６】
塗布ヘッドに形成されたノズルからインク液滴を吐出させるインク吐出装置において、前記塗布ヘッドのうち前記ノズルの開口部の外側に形成された第１電極と、前記第１電極の液滴吐出方向に対向して配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化を検出する検出部と、前記検出部の検出結果により前記ノズルからの液滴有無を判定する判定部とを備えたことを特徴とするインク吐出装置。
【請求項７】
前記第２電極は前記第１電極に向かって凸状の形状であることを特徴とする請求項６記載のインク吐出装置。
【請求項８】
前記第２電極の表面は撥水処理が施されていることを特徴とする請求項６または７記載のインク吐出装置。
【請求項９】
前記塗布ヘッドに形成された参照第１電極と、前記参照第１電極の液滴吐出方向に対向して配置された参照第２電極とを有し、前記検出部が、前記参照第１電極と前記参照第２電極との間の参照静電容量と、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量との差分を検出することを特徴とする請求項６〜８いずれか１項記載のインク吐出装置。
【請求項１０】
塗布ヘッドに形成されたノズルから機能性材料のインク液滴を吐出して、基板上に機能性材料を塗布する機能性素子の製造装置において、前記インクの吐出部に請求項６〜９いずれか１項記載のインク吐出装置を設置したことを特徴とする機能性素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから吐出信号に応じてインク液滴を基板に吐出させて、基板上に塗布するためのインク吐出制御方法，吐出装置、および機能性材料をインク化して、インクジェットなどの液滴吐出手段で基板上に塗布する機能性素子の製造方法，製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体材料や電極材料をインク化し、該インクを基板上に印刷し、硬化させてデバイス形成する際の印刷手段としてインクジェット装置などが使用されている。
【０００３】
インクジェット装置では、インクを吐出する信号を与えても、ノズル近傍の状態によって、インクが吐出しない不吐出状態が発生する場合がある。ノズル内への異物の詰まり、インク化した機能性材料の凝集による詰まり、気泡の噛み込み、インク溶媒が乾燥しやすい場合におけるノズル孔付近のインクの高粘度化などが、不吐出を発生させる原因となる。
【０００４】
不吐出ノズルを塗布前に検知せず、何も対策しない状態で塗布すると、塗布欠陥が発生し、その結果、形成したデバイスの特性に重大な悪影響を与えかねない。このような背景から、インクジェット装置の不吐出ノズルの検出方法が提案されている。
【０００５】
例えば、インクジェットヘッドから吐出したインク液滴を、吐出方向と直交する方向から光学的に観察する方法が提案されている。液滴通過位置を挟むようにして配置した発光部と受光部間の光路を液滴が通過すると、光路が遮光されて受光光量が低下することにより、液滴の吐出を検出することができる。
【０００６】
この検出方法は、インクジェットヘッドの大きさが数十ｍｍ程度と比較的小さく、ノズル数が少ない場合には有効である。しかし、インクジェットヘッドがそれ以上に大きくなると、インクジェットヘッドの大きさに合わせて全てのノズルに対する検出を行う必要がある。このために複数の光学系を配置したり、光学系またはインクジェットヘッドを動かす必要が生じたり、光学系と液滴の距離が遠くなるため長焦点の光学系が必要になり、不吐出検出機構全体が大きく複雑化してくる。
【０００７】
また、インクジェットの液滴の直径は数十μｍという微小な大きさであって、微小液滴を検出するためには、高精度で高価な光学系を使用する必要があるという問題がある。
【０００８】
以上のように従来の光学的不吐出検出方法は、光学系が過大になるという問題を有するため、電気的不吐出検出方法が提案されている。
【０００９】
図４は従来の電気的な液滴不吐出検出装置の要部の構成図である。
【００１０】
図４において、複数のノズル１０１における各ノズル１０１に対して、それぞれ一対の電極１０２が設けられ、交流電源１０３および電流検出器１０４を備えた静電容量検出回路が接続されている。ノズル１０１からインク液滴１０５が吐出されると、電極１０２間の静電容量が変化し、電流検出器１０４で検出される電流が変化する。この電流の変化を検出してインク液滴１０５の吐出／不吐出を検知している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３１８１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の構成では、インク液滴が電極間を通過する瞬間のみ静電容量の変化を検出することができないため、検出感度が低いという課題を有している。
【００１３】
また、電極形状が複雑な上に、ノズルや電極の表面がインクなどの付着によって汚染された場合の回復が困難であり、電極の汚染によっても検出感度が低下するという課題を有している。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、静電容量の変化によってノズルからのインク吐出の有無を検出する電気的不吐出検出において、電極間での液滴の滞在時間を長くするとともに、電極の汚染を抑制することにより、インク吐出の検出感度を向上するインク吐出制御方法，機能性素子の製造方法、およびインク吐出装置，機能性素子の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、塗布ヘッドに形成されたノズルからインク液滴を吐出させるインク吐出制御方法において、前記塗布ヘッドのうち前記ノズルの開口部の外側に形成された第１電極と、前記第１電極の液滴吐出方向に配置された第２電極との間の静電容量を測定し、前記インク液滴の吐出信号の出力に応じた前記静電容量の変化を検出することにより、前記ノズルからの液滴吐出の有無を判定することを特徴とする。この方法によって、電極間でのインク液滴の滞在時間が長くなり、ノズルからのインク液滴の吐出有無の検出感度が向上する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のインク吐出制御方法において、第２電極は第１電極に向かって凸状の形状であることを特徴とする。この方法によって、電極間での液滴の滞在時間が長くなる上に、第２電極上にインク液滴が残留しにくくなり、第２電極が清浄に保たれるため、インク吐出の有無の検出感度がさらに向上する。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のインク吐出制御方法において、第２電極の表面は撥水処理が施されていることを特徴とする。この方法によって、電極間での液滴の滞在時間が長くなる上に、第２電極上にインク液滴が残留しにくくなり、第２電極が清浄に保たれるため、インク吐出の有無の検出感度がさらに向上する。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３いずれか１項記載のインク吐出制御方法において、塗布ヘッドに形成された参照第１電極と、参照第１電極の液滴吐出方向に対向して配置された参照第２電極との間の参照静電容量と、第１電極と第２電極との間の静電容量との差分を検出することにより、ノズルからの液滴吐出の有無を検出することを特徴とする。この方法によって、電極間での液滴の滞在時間が長くなる上に、微小な静電容量変化を検出することができるため、インク吐出の有無の検出感度がさらに向上する。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、塗布ヘッドに形成されたノズルから機能性材料のインク液滴を吐出して、基板上に機能性材料を塗布する機能性素子の製造方法において、前記インクの塗布に際して請求項１〜４いずれか１項記載のインク吐出制御方法を用いることを特徴とする。この方法によって、機能性材料の塗布不良がなく、特性が安定した機能性素子の製造が可能になる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、塗布ヘッドに形成されたノズルからインク液滴を吐出させるインク吐出装置において、前記塗布ヘッドのうち前記ノズルの開口部の外側に形成された第１電極と、前記第１電極の液滴吐出方向に対向して配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化を検出する検出部と、前記検出部の検出結果により前記ノズルからの液滴有無を判定する判定部とを備えたことを特徴とする。この装置によって、電極間でのインク液滴の滞在時間が長くなり、ノズルからのインク液滴の吐出有無の検出感度が向上する。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載のインク吐出装置において、第２電極は第１電極に向かって凸状の形状であることを特徴とする。この装置によって、電極間での液滴の滞在時間が長くなる上に、第２電極上にインク液滴が残留しにくくなり、第２電極が清浄に保たれるため、インク吐出の有無の検出感度がさらに向上する。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７記載のインク吐出装置において、第２電極の表面は撥水処理が施されていることを特徴とする。この装置によって、電極間での液滴の滞在時間が長くなる上に、第２電極上にインク液滴が残留しにくくなり、第２電極が清浄に保たれるため、インク吐出の有無の検出感度がさらに向上する。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項６〜８いずれか１項記載のインク吐出装置において、塗布ヘッドに形成された参照第１電極と、参照第１電極の液滴吐出方向に対向して配置された参照第２電極とを有し、検出部が、参照第１電極と参照第２電極との間の参照静電容量と、第１電極と第２電極との間の静電容量との差分を検出することを特徴とする。この装置によって、電極間での液滴の滞在時間が長くなる上に、微小な静電容量変化を検出することができるため、インク吐出の有無の検出感度がさらに向上する。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、塗布ヘッドに形成されたノズルから機能性材料のインク液滴を吐出して、基板上に機能性材料を塗布する機能性素子の製造装置において、前記インクの吐出部に請求項６〜９いずれか１項記載のインク吐出装置を設置したことを特徴とする。この装置によって、機能性材料の塗布不良がなく、特性が安定した機能性素子の製造が可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、第１電極の液滴吐出方向に対向して配置された第２電極との間の静電容量を測定し、インク液滴の吐出信号の出力に応じた前記静電容量の変化を検出することにより、ノズルからの液滴吐出の有無を判定することによって、電極間でのインク液滴の滞在時間が長くなり、ノズルからのインク液滴の吐出有無の検出感度を向上することができる。
【００２６】
また、本発明を機能性素子の製造工程にて実施することにより、塗布欠陥不良の発生を事前に予測することができ、機能性材料の塗布不良がなく、特性が安定した機能性素子の製造が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態１である機能性素子の製造方法および製造装置を説明するための斜視図
【図２】実施形態１における液滴不吐出検出機能の説明図であり、（ａ）は要部の構成を示すブロック図、（ｂ）は判定部における判定動作の説明図
【図３】本発明の実施の形態２である機能性素子の製造方法および製造装置における液滴不吐出検出機能の説明図
【図４】従来の電気的な液滴不吐出検出装置の要部の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１である機能性素子の製造方法および製造装置を説明するための斜視図である。
【００３０】
図１において、塗布ヘッド１は、複数のノズル（後述する）を有するインクジェット方式の塗布ヘッドであって、各ノズルに対する任意の吐出信号によって、塗布ヘッド１に供給された機能性材料からなるインク液滴３０を吐出することができる。
【００３１】
塗布ヘッド１の構成としては、各種形態のものがあるが、本実施形態では、ノズルと連通しているインク室にインクを溜めておき、インク室の壁を圧電素子で振動させることにより、インクを吐出する方式を採用している。インクジェットで吐出するインクの粘度は、５０ｍＰａ・ｓｅｃ以下が好ましい。特に、１０ｍＰａ・ｓｅｃ程度のインクが一般的である。
【００３２】
基板ステージ１０は、塗布ヘッド１のノズルと対向して配置されていて、塗布ヘッド１に対して相対移動する。基板ステージ１０上には、機能性素子の基板２０が真空吸着固定される。例えば基板２０上に、図示したように横方向には異なる機能性材料を塗布し、また、奥行方向には同一の機能性材料を断続的に塗布したい場合には、塗布ヘッド１の図の横方向のノズルから異なる機能性材料インクを吐出し、基板ステージ１０を図の手前方向に移動することにより、所望のパターンで機能性材料を塗布することが可能になる。
【００３３】
基板ステージ１０の移動速度は、所望の箇所に塗布するインクの総量と、インクジェットの吐出周期とから決定される。吐出周期は１００ｋＨｚ以下に設定されている場合が多く、特に０．１〜１０ｋＨｚ程度がインク特性によらず比較的安定している。インク液滴の吐出速度は５〜１０ｍ／ｓである。
【００３４】
塗布ヘッド１と基板２０とのギャップが小さいほど、吐出したインク液滴３０の飛行曲がりの影響を受けにくいため、着弾精度が良化する。塗布ヘッド１や基板２０の平行度や、ギャップ中に万一異物があった場合のリスクを加味して、ギャップは０．５ｍｍ程度に設定する。
【００３５】
図１に点線で示したように、塗布ヘッド１の複数のノズルの中に不吐出ノズルがあった場合、塗布欠陥Ａが発生するため機能性素子の性能が損なわれる。そこで、基板２０にインクを塗布する前に、液滴不吐出検出部４０により、塗布ヘッド１のノズルにおける不吐出ノズルの箇所を特定する。
【００３６】
不吐出ノズル検出後は、不吐出ノズルの数や箇所に応じて、不吐出ノズルの吐出回復作業を実施したり、吐出可能な他のノズルで塗布を補完したりして、機能性素子の性能を満足するような、機能性材料からなるインクの塗布が可能になる。
【００３７】
次に、実施形態１における液滴不吐出検出部４０について詳細に説明する。
【００３８】
図２は実施形態１における液滴不吐出検出機能の説明図であり、（ａ）は要部の構成を示すブロック図、（ｂ）は判定部における判定動作の説明図である。
【００３９】
図２（ａ）において、塗布ヘッド１には複数のノズル２が形成されており、ノズル２のインク吐出口近傍には第１電極３が形成されている。なお、ノズル２の開口部の外側に配置された第１電極３は、図面上では分離しているが電気的には接続している。第２電極４は、塗布ヘッド１と対向した液滴不吐出検出部４０上に設置されている。
【００４０】
第２電極４の表面には撥水処理が施されている。この撥水処理により、インク液滴３０の接触角は２０度〜７０度程度に拡大し、撥水処理面に液滴が付着しても除去しやすくなる。
【００４１】
第１電極３と第２電極４とは一定のギャップで近接配置されている。本実施形態ではノズル２の孔径の直径約２０μｍである。吐出されるインク液滴３０の直径は、ノズル孔径と同等であって、直径２０μｍのインク液滴３０が塗布される。対向している電極３，４の面積は、インク液滴３０の直径や、第１電極３と第２電極４とのギャップなどに依存するが、この場合、面積が１００００平方μｍになるように設計している。また、ギャップは５０μｍとした。
【００４２】
静電容量検出部５は、第１電極３と第２電極４とに電気的に接続され、第１電極３と第２電極４との間のインピーダンスから静電容量を測定することができる。１Ｖ，５ＭＨｚの交流を与えて、電極３，４間のインピーダンスを測定する。
【００４３】
液滴吐出制御部６は、個々のノズル２に対して、任意のタイミングで吐出信号８を与える。この場合の吐出信号８はインクジェットの圧電素子に与える駆動波形そのものでもよいが、本実施形態では駆動波形を発生させるためのトリガー信号を用いている。吐出信号８の長さは１０〜１００μｓである。吐出判定の際の吐出周波数は数Ｈｚでもよいが、本実施形態では、検査時間短縮のため吐出周波数１０ｋＨｚとした。
【００４４】
ノズル２に吐出信号８が入力されると、インク液滴３０がノズル２から第２電極４に向かって吐出する。インク液滴３０が吐出していない場合、第１電極３と第２電極４との間の空間の誘電率は雰囲気の誘電率であるが、インク液滴３０が吐出すると、雰囲気におけるインク液滴３０の存在割合の分だけ誘電率が変化する。このため、静電容量検出部５で検出される静電容量の値が変化する。
【００４５】
吐出判定部７は、図２（ｂ）に示すように、液滴吐出制御部６から発信された吐出信号８に応じて、静電容量検出部５で検出される静電容量をモニタする。吐出信号８から実際にインク液滴３０が吐出して静電容量が変化するまで時間遅れが発生するため、吐出信号８が入力された一定時間後に、静電容量をモニタする。そして、静電容量が閾値を超えれば、ノズル２からインク液滴３０が吐出されたと判定する。静電容量の変化が閾値以下で検知できなければ、ノズル２は不吐出ノズルであると判定する。
【００４６】
塗布ヘッド１の各ノズル２に対して前記判定を繰り返すことによって、塗布ヘッド１内の全てのノズル２について液滴吐出の有無を判断することができる。
【００４７】
液滴不吐出検出部４０において、特に第２電極４の周辺には吐出したインクが付着するが、第２電極４の表面に撥水処理が施されているため、ワイパーなどのクリーニングユニットで容易に洗浄することができる。
【００４８】
このとき、第１電極３と第２電極４とのギャップが小さくなると、検出できる静電容量の絶対値は大きくなり、第１電極３と第２電極４との間の空間に対するインク液滴３０の存在割合も大きくなるので、インク吐出の有無にて静電容量の差が大きくなり、検出しやすくなる。一方、インク液滴３０が電極３，４間に存在する時間が短くなるため、静電容量検出部５の高速応答性が必要になる。
【００４９】
前記実施形態１の構成によれば、塗布ヘッド１に形成された第１電極３と、第１電極３の液滴吐出方向に対向して配置された第２電極４との間の静電容量の変化を検出して、ノズル２からの液滴吐出の有無を判定することにより、電極３，４間に液滴が存在する時間が長くなり、検出感度が向上する。
【００５０】
（実施形態２）
図３は本発明の実施の形態２である機能性素子の製造方法および製造装置における液滴不吐出検出機能の説明図である。
【００５１】
図３において、第１電極３と第２電極４は、図２に示す実施形態１の構成と同様に配置されている。第２電極４は、天面が平坦な凸型形状になっていて、表面が撥水処理されている。第２電極４における凸形状の高さは５０μｍ、円形の天面の面積は１００００平方μｍとした。
【００５２】
また、塗布ヘッド１のノズル２が形成されていない箇所に一対の参照第１電極１３が配置され、液滴不吐出検出部４０上の参照第１電極１３と対向する位置に参照第２電極１４が配置されている。参照第１電極１３と参照第２電極１４は、それぞれ第１電極３と第２電極４と同様な形状になっている。
【００５３】
静電容量差分検出部１５は、第１電極３と第２電極４との間の静電容量と、参照第１電極１３と参照第２電極１４との間の静電容量との差分を検出する。そして、インク液滴３０が吐出していない場合は、電極形状が同等であるため、それぞれの静電容量は同等になり、差分はほとんど発生しない。液滴吐出制御部６からの吐出信号８によりノズル２からインク液滴３０が吐出されると、第１電極３と第２電極４間の静電容量が変化するため、参照第１電極１３と参照第２電極１４間の静電容量とに差分が生じる。
【００５４】
吐出判定部７は、液滴吐出制御部６から発信された吐出信号８に応じて、静電容量差分検出部１５で検出される静電容量の差分信号をモニタする。モニタしている間に静電容量の差分の変化を検知すれば、ノズル２からインク液滴３０が吐出されたと判定する。静電容量の差分の変化が検知できなければ、ノズル２は不吐出ノズルであると判定する。
【００５５】
塗布ヘッド１の各ノズル２に対して、前記判定を繰り返すことによって、塗布ヘッド１内の全てのノズル２について、吐出の有無を判断することができる。
【００５６】
第２電極４は表面に撥水処理された凸形状を有しているため、第２電極４上に着弾したインク液滴３０は、第２電極４の表面を滑り落ちる。第２電極４の周辺の構造を吸水構造、あるいはメッシュ構造などにしておくことで、吐出したインク液滴３０による第２電極４の汚染を抑制することができる。
【００５７】
前記実施形態２の構成によれば、第２電極４を凸型形状とすることにより、インク液滴３０による第２電極４の汚染を抑制することができるため、検出感度の劣化を防止することができる。また、参照電極１３，１４を設けることにより、静電容量の差分で液滴吐出の有無を判断でき、検出感度を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、高感度でノズルからのインク液滴の吐出／不吐出を検出することが可能であり、インクジェット方式のインク吐出に限らず、ダイコートその他の塗布手段にも適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１  塗布ヘッド
２  ノズル
３  第１電極
４  第２電極
５  静電容量検出部
６  液滴吐出制御部
７  吐出判定部
８  吐出信号
１０  基板ステージ
１３  参照第１電極
１４  参照第２電極
１５  静電容量差分検出部
２０  基板
３０  インク液滴
４０  液滴不吐出検出部
Ａ  塗布欠陥
【図１】
2010264381.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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