(57)【要約】【課題】吐出精度をより良好にし、しかも吐出ヘッドが交換された際にも、吐出制御について大きな変更を行うことなく、容易に吐出を行うことができる液滴の吐出方法を提供する。【解決手段】複数のノズルが所定ピッチで配列されてなるノズル列を有した液滴吐出ヘッド５のノズルから、基板Ｗ上に液滴を吐出する液滴の吐出方法である。基板Ｗとノズルとの間の距離ｄを、ノズル列における列方向での最短距離となる一対のノズル間の、列方向でのノズルピッチの、３倍以上でかつ５倍以下にして、液滴を吐出する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルが所定ピッチで配列されてなるノズル列を有した液滴吐出ヘッドの前記ノズルから、基板上に液滴を吐出するに際して、
前記基板と前記ノズルとの間の距離を、前記複数のノズルの、前記ノズル列における列方向での最短距離となる一対のノズル間の、前記列方向でのノズルピッチの、３倍以上でかつ５倍以下にして、液滴を吐出することを特徴とする液滴の吐出方法。
【請求項２】
前記基板と前記ノズルとの間の距離を、前記列方向でのノズルピッチの、３倍以上でかつ４倍以下にして、液滴を吐出することを特徴とする請求項１記載の液滴の吐出方法。
【請求項３】
前記液滴吐出ヘッドには前記ノズル列が２列形成されてなり、
前記２列のノズル列は、各ノズルが千鳥状に配置されるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴の吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドから基板上に液滴を吐出する、液滴の吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上にカラーフィルター等の機能性薄膜を形成する方法としては、スピンコート法やフレキソ印刷法が一般に用いられている。これに対して近年では、インク使用量削減や工程数削減に効果的であるとして、液滴吐出法が種々の薄膜形成に用いられるようになってきている。液滴吐出法を用いた薄膜の形成方法では、機能性材料（固形分）を溶媒（分散媒）に溶解又は分散させてなるインク（液状体）を液滴として基板上に吐出し、所望位置に配置した後、この配置したインクを乾燥してインク中の溶媒（分散媒）を除去することにより、機能性材料からなる薄膜を形成している。
【０００３】
ところで、工業的に形成するカラーフィルターや配線等の機能性薄膜は、近年では益々精細化、微細化する傾向にあり、したがって液滴吐出法でこれら機能性薄膜を形成するにあたっては、より高い吐出精度が要求されるようになってきている。
吐出精度を低下させる要因の一つとして、飛行曲がりが挙げられる。飛行曲がりは、ノズルから液滴を吐出した後、基板上に着弾するまでの間に、異物等の原因によって曲がってしまい、所望位置からずれて着弾してしまう現象である。
【０００４】
このような飛行曲がりが起きると、インクを所望位置に配することができずにずれて配されてしまうことから、得られる機能性薄膜について高い位置精度や厚さ精度などが得られなくなってしまう。
そこで、従来では、カラーフィルターを製造する際に、材料液の着弾において要求される総合精度と予め測定された装置精度とから求められる材料液の着弾精度の要求値に基づいて、ノズルと被着弾面との間のギャップと実際の着弾位置のバラツキとの関係を示すギャップテーブルを予め形成しておき、これを参照することで適正な吐出が行えるギャップの範囲を定めるようにし、材料液の吐出精度を向上させるようにした制御技術が、提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７５４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記の技術では、ノズルと被着弾面との間のギャップと実際の着弾位置のバラツキとの関係を示すギャップテーブルを予め形成しておき、これを備える必要があるため、吐出制御が複雑であり、特に吐出ヘッドを交換した場合などでは、前記ギャップテーブルも交換する必要があるなど、吐出制御も大きく変更する必要がある。
【０００７】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吐出精度をより良好にし、しかも吐出ヘッドが交換された際にも、吐出制御について大きな変更を行うことなく、容易に吐出を行うことができる液滴の吐出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液滴の吐出方法では、複数のノズルが所定ピッチで配列されてなるノズル列を有した液滴吐出ヘッドの前記ノズルから、基板上に液滴を吐出するに際して、
前記基板と前記ノズルとの間の距離を、前記複数のノズルの、前記ノズル列における列方向での最短距離となる一対のノズル間の、前記列方向でのノズルピッチの、３倍以上でかつ５倍以下にして、液滴を吐出することを特徴としている。
【０００９】
より高い吐出精度が求められる場合には、当然ながらより高い精度の吐出ヘッドが用いられる。精度の高い吐出ヘッドは、一般にはノズルピッチが小さくなる傾向にある。ノズルピッチの小さいヘッドは、ノズル径が小さくなるため、吐出する液滴の容量が小さくなり、したがって吐出された液滴が異物等の影響を受けにくくなる分、飛行曲がりが少なくなるからである。
また、吐出精度を高めるべく、特に飛行曲がりを少なくするためには、基板とノズルとの間の距離を狭めるのが有効であると考えられる。しかし、基板とノズルとの間の距離を狭めすぎると、例えばゴミ等の異物が基板上にある場合に、基板と吐出ヘッドとの間に異物を挟んでしまい、吐出ヘッドと基板との間の相対移動によって異物を引きずってしまうなどの不都合を生じるおそれがある。
【００１０】
そこで、この液滴の吐出方法によれば、基板とノズルとの間の距離をノズルピッチの３倍以上にしたので、例えばゴミ等の異物が基板上にある場合にも、基板と吐出ヘッドとの間に異物を挟んでしまうといった不都合が防止される。また、基板とノズルとの間の距離をノズルピッチの５倍以下にしたので、吐出した液滴の飛行曲がりも抑えてこれを小さくすることができる。
すなわち、ノズルピッチが小さく、したがって精度が高いヘッドの場合には、これに対応して基板とノズルとの間の距離を狭め、飛行曲がりをより一層抑えるようにしている。一方、ノズルピッチが大きく、したがって精度が比較的低くてもよいヘッドの場合には、基板とノズルとの間の距離を比較的大きくし、ある程度の飛行曲がりを許容するようにしている。このように、吐出ヘッドのノズルピッチに基づいて、基板とノズルとの間の距離を決定するので、例えば吐出ヘッドを交換した際にも、吐出制御について大きな変更を行うことなく、単に吐出ヘッド毎に決まっているノズルピッチに基づいて基板とノズルとの間の距離を決定するだけで、良好な吐出精度が得られるようになる。
【００１１】
また、前記の液滴の吐出方法では、前記基板と前記ノズルとの間の距離を、前記列方向でのノズルピッチの、３倍以上でかつ４倍以下にして、液滴を吐出するのが好ましい。
このようにすれば、特に基板とノズルとの間の距離をノズルピッチの４倍以下にしたので、吐出した液滴の飛行曲がりも抑えてこれをより小さくすることができる。
【００１２】
また、前記の液滴の吐出方法では、前記液滴吐出ヘッドには前記ノズル列が２列形成されてなり、前記２列のノズル列は、各ノズルが千鳥状に配置されるように形成されていてもよい。
このようにすれば、２列のノズル列における各ノズルを千鳥状に配置しているので、ノズル列における列方向での最短距離となる一対のノズル間の実際の距離を、ノズル列における列方向でのノズルピッチよりも大きくすることができる。したがって、隣り合うノズルに影響される度合いが低くなる分、ノズル径を大きくすることができるなど、吐出ヘッドについての設計的な自由度が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る液滴吐出装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は液滴吐出ヘッドの要部斜視図、（ｂ）は要部側断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はノズルの配置を示す液滴吐出ヘッドの底面図である。
【図４】基板上への液滴の吐出を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を詳しく説明する。
まず、本発明の吐出方法に用いられる液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドについて、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の吐出方法を実施するのに用いられる液滴吐出装置の一例を示す概略構成図であって、図１中符号１は液滴吐出装置である。
【００１５】
液滴吐出装置１は、固形分として機能性材料を含有し、これを溶媒に溶解し、あるいは分散媒に分散させてなるインク（液状体）を基板Ｗ上に吐出し、機能性材料からなる薄膜、すなわち機能性薄膜を形成するものである。なお、本実施形態では、機能性材料としてカラーフィルター材料を用い、したがって機能性薄膜としてカラーフィルターを形成するものとする。また、このようなカラーフィルターは、例えば液晶表示装置や有機ＥＬ装置において好適に用いられるものとされ、したがってガラス基板等の透明基板に形成されるものとする。
【００１６】
この液滴吐出装置１は、ベース２と、ベース２上に設けられて基板Ｗを保持する基板ステージ３と、ベース２と基板ステージ３との間に設けられて、基板ステージ３を移動可能に支持する第１移動装置４と、基板ステージ３に保持された基板Ｗに対してインクを吐出する液滴吐出ヘッド５と、液体吐出ヘッド５を移動可能に保持する第２移動装置６と、液滴吐出ヘッド５の液滴の吐出動作を制御する制御装置７と、を備えて構成されている。また、この液滴吐出装置１においては、前記第１移動装置４及び第２移動装置６による基板Ｗと液滴吐出ヘッド５との間の相対的な移動も、制御装置７によって制御されるようになっている。
【００１７】
第１移動装置４は、例えばリニアモーター（図示せず）を有したもので、ガイドレール８、８と、このガイドレール８、８に沿って移動可能に設けられたスライダー９と、を備えて構成されたものである。このような構成によって第１移動装置４は、リニアモーターにより、ガイドレール８に沿ってスライダー９をＹ方向に沿って移動させ、これにより、基板ステージ３に保持された基板ＷのＹ方向での位置決めを行うようになっている。
基板ステージ３は、基板Ｗを保持し、所定の位置に位置決めするものである。この基板ステージ３には、吸着保持装置（図示せず）が設けられたおり、吸着保持装置が作動することにより、基板ステージ３の孔３Ａを通して基板Ｗを基板ステージ３上に吸着し、保持するようになっている。
【００１８】
スライダー９には、Ｚ軸回り（θＺ）用のモーター１０が設けられている。このモーター１０は、例えばダイレクトドライブモーターであり、モーター１０のロータは基板ステージ３に固定されている。これにより、モーター１０に通電することでロータと基板ステージ３とをθＺ方向に回転させ、基板ステージ３をインデックス（回転割り出し）することができる。すなわち、第１移動装置４は、基板ステージ３をＹ方向及びθＺ方向に移動させることができるように構成されている。
【００１９】
第２移動装置６は、支柱１１、１１によってベース２に設けられたもので、ベース２の後部２Ａ側に形成されたものである。この第２移動装置６には、リニアモーター（図示せず）が設けられており、支柱１１、１１に取り付けられたコラム１２と、このコラム１２に設けられたガイドレール１３と、ガイドレール１３に沿ってＸ方向に移動可能に支持されているキャリッジ１４と、を備えて構成されたものである。キャリッジ１４は、ガイドレール１３に沿ってＸ方向に移動し、これによってＸ方向に位置決め可能になっている。
【００２０】
キャリッジ１４には、液体吐出ヘッド５が取り付けられている。この液体吐出ヘッド５には、揺動位置決め装置としてのモーター６２，６４，６７，６８が設けられており、これによって液体吐出ヘッド５は、揺動可能になっている。例えば、モーター６２を作動することにより、液体吐出ヘッド５はＺ軸に沿って上下動し、Ｚ軸上において位置決めが可能になっている。ここで、このＺ軸はＸ軸とＹ軸に対して各々直交する方向（上下方向）である。
【００２１】
また、モーター６４を作動すると、液体吐出ヘッド５はＹ軸回りのβ方向に沿って揺動し、モーター６７を作動すると、液体吐出ヘッド５はＸ軸回りのγ方向に揺動し、さらにモーター６８を作動すると、液体吐出ヘッド５はＺ軸回りのα方向に揺動するようになっている。そして、このように揺動することにより、液体吐出ヘッド５はα方向、β方向、γ方向のいずれにおいても、位置決めが可能になっている。すなわち、第２移動装置６は、液体吐出ヘッド５をＸ方向及びＺ方向に移動可能に保持するとともに、この液体吐出ヘッド５をθＸ方向、θＹ方向、θＺ方向にも移動可能に保持したものとなっている。
【００２２】
また、液滴吐出ヘッド５は、その部分斜視図である図２（ａ）に示すように、インクタンク（図示せず）に接続するチューブ（図示せず）に連結される材料供給孔２０ａが設けられた振動板２０と、ノズルＮが設けられたノズルプレート２１と、振動板２０とノズルプレート２１との間に設けられたリザーバー（液溜まり）２２と、複数の隔壁２３と、複数のキャビティー（液室）２４とを備えて構成されている。ノズルプレート２１の表面（底面）は、複数のノズルＮを形成したノズル面２１ａとなっている。振動板２０上には、各ノズルＮに対応して圧電素子（駆動素子）ＰＺが配置されている。圧電素子ＰＺは、例えばピエゾ素子からなっている。
【００２３】
リザーバー２２には、材料供給孔２０ａを介してインクタンクから供給されるインクが充填されるようになっている。キャビティー２４は、振動板２０と、ノズルプレート２１と、１対の隔壁２３とによって囲まれるようにして形成されおり、各ノズルＮに対して１対１に対応して設けられている。また、各キャビティー２４には、一対の隔壁２３の間に設けられた供給口２４ａを介して、リザーバー２２からインクが導入されるようになっている。
【００２４】
前記圧電素子ＰＺは、液滴吐出ヘッド９の１ノズル分の部分断面図である図２（ｂ）に示すように、圧電材料２５を一対の電極２６で挟持したもので、一対の電極２６に駆動信号が印加されることにより、圧電材料２５が収縮するように構成されたものである。したがって、このような圧電素子ＰＺが配置されている振動板２０は、圧電素子ＰＺと一体になって同時に外側（キャビティー２４の反対側）へ撓曲するようになっており、これによってキャビティー２４の容積が増大するようになっている。
【００２５】
よって、キャビティー２４内に増大した容積分に相当するインクが、液溜まり２２から供給口２４ａを介して流入する。また、このような状態から圧電素子ＰＺへの駆動信号の印加が停止すると、圧電素子ＰＺと振動板２０とは共に元の形状に戻り、キャビティー２４も元の容積に戻る。これにより、キャビティー２４内のインクの圧力が上昇し、ノズルＮから基板Ｗに向けてインクの液滴Ｌが吐出されるようになっている。
【００２６】
ここで、液滴吐出ヘッド５は、その底面図である図３（ａ）に示すように、複数（本例では１８０個）のノズルＮをＹ方向と直交するＸ方向に等間隔で配列して、ノズル列ＮＡを形成している。そして、このノズル列ＮＡをＹ方向に２列配列し、ノズル列ＮＡ１、ＮＡ２としており、これによって合計３６０個のノズルＮを形成している。また、本例では、前記２列のノズル列ＮＡ１、ＮＡ２を、各ノズルＮが千鳥状に配置されるように、同一列内における隣り合うノズル間のピッチ（列内ノズルピッチＬＰ）を、二つの列間で半ピッチ（ＬＰ／２）ずらしている。
【００２７】
このような構成からなる液滴吐出ヘッド５において、本発明におけるノズルピッチＰ、すなわちノズル列ＮＡにおける列方向（本実施形態ではＸ方向）での最短距離となる一対のノズルＮ、Ｎ間の、前記列方向（Ｘ方向）でのノズルピッチＰは、図３（ａ）に示すように、ノズル列ＮＡ１におけるノズルＮ１と、これにＸ方向で最も近い位置にあるノズル列ＮＡ２におけるノズルＮ２と、の間のピッチとなり、前記列内ノズルピッチＬＰの（１／２）となる。
【００２８】
なお、図３（ｂ）に示すように、ノズル列ＮＡが一つしかない場合には、当然ながらノズルピッチＰは、その列方向、すなわちＸ方向において隣り合う一対のノズルＮ、Ｎ間のピッチ（列内ノズルピッチＬＰ）となる。
さらに、図３（ｃ）に示すように、ノズル列ＮＡがＹ方向に三つあり、これら各ノズル列ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３が、同一列内における隣り合うノズル間のピッチ（列内ノズルピッチＬＰ）を、三つの列間で（１／３）ピッチ（ＬＰ／３）ずつずらされている場合には、本発明におけるノズルピッチＰは、図３（ｃ）に示すように、例えばノズル列ＮＡ１におけるノズルＮ１と、これにＸ方向で最も近い位置にあるノズル列ＮＡ２におけるノズルＮ２と、の間のピッチとなり、前記列内ノズルピッチＬＰの（１／３）となる。
【００２９】
また、このような構成からなる液滴吐出ヘッド５には、図１において図示を省略しているものの、チューブを介してカラーフィルター用のインクを貯留したタンクが接続されている。これによって液滴吐出ヘッド５は、タンクからカラーフィルター用のインクが供給されることにより、その吐出が可能になっている。
【００３０】
このような構成からなる液滴吐出ヘッド５を備えた液滴吐出装置１により、基板Ｗに対してインクを吐出してカラーフィルターを形成するには、まず、使用する基板Ｗの厚さを確認しておくとともに、使用する液滴吐出ヘッド５の、前記のノズルピッチＰを確認しておく。そして、図１に示した基板ステージ３の上面と液滴吐出ヘッド５の底面（ノズルＮの形成面）との間の距離から前記基板Ｗの厚さを引いた距離、すなわち液滴吐出ヘッド５の底面と基板Ｗの上面との間の距離を所定範囲内にするべく、前記モーター６２を作動させ、液体吐出ヘッド５をＺ軸に沿って上下動させる。
【００３１】
すなわち、図４に示すように基板ＷとノズルＮとの間の距離、つまりノズルＮの形成面である図２（ｂ）に示したノズルプレート２１のノズル面２１ａと、基板Ｗの上面との間の距離（ワーキングディスタンス）ｄが、前記のノズルピッチＰの、３倍以上でかつ５倍以下の範囲内になるように、液体吐出ヘッド５の高さを設定する。例えば、図３（ａ）に示したノズルピッチＰが７０．５μｍである場合には、２１１．５μｍ以上（ノズルピッチＰの３倍以上）、３５２．５μｍ以下（ノズルピッチＰの５倍以下）とするのが好ましく、特に２８２．０μｍ以下（ノズルピッチＰの４倍以下）とするのがより好ましい。
【００３２】
一般に、精度の高い液滴吐出ヘッドはノズルピッチＰ（ＬＰ）が小さくなる傾向にある。ノズルピッチＰ（ＬＰ）の小さいヘッドは、ノズル径が小さくなるため、吐出する液滴の容量が小さくなり、したがって吐出された液滴が異物等の影響を受けにくくなる分、飛行曲がりが少なくなるからである。
また、吐出精度を高めるべく、特に飛行曲がりを少なくするためには、基板ＷとノズルＮとの間の距離ワーキングディスタンス）ｄを狭めるのが有効であると考えられる。しかし、基板ＷとノズルＮとの間の距離ｄを狭めすぎると、例えばゴミ等の異物が基板Ｗ上にある場合に、基板Ｗと吐出ヘッド５との間に異物を挟んでしまい、吐出ヘッド５と基板Ｗとの間の相対移動によって異物を引きずってしまい、極端な場合、基板Ｗを損傷してしまう場合がある。
【００３３】
そこで、本実施形態では、前記したように基板ＷとノズルＮとの間の距離（ワーキングディスタンス）ｄを、ノズルピッチＰの３倍以上でかつ５倍以下の範囲内にしている。ワーキングディスタンスｄをノズルピッチＰの３倍以上にしたので、例えばゴミ等の異物が基板上にある場合にも、基板Ｗと吐出ヘッド５との間に異物を挟んでしまうといったことを防止することができる。また、特に基板Ｗの微小な曲がりや上面の微小な凹凸などに対しても、十分に大きくなることから、やはり異物があった場合にも、これの影響を受けることがない。一方、ワーキングディスタンスｄをノズルピッチＰの５倍以下にしたので、吐出した液滴の飛行曲がりも抑えてこれを小さくすることができる。特に、ワーキングディスタンスｄをノズルピッチＰの４倍以下にすれば、吐出した液滴の飛行曲がりをより一層小さくすることができる。
【００３４】
すなわち、ノズルピッチＰが小さく、したがって精度が高い吐出ヘッド５の場合には、これに対応してワーキングディスタンスｄを狭め、飛行曲がりをより一層抑えるようにしている。一方、ノズルピッチＰが大きく、したがって精度が比較的低くてもよい吐出ヘッド５の場合には、ワーキングディスタンスｄを比較的大きくし、ある程度の飛行曲がりを許容するようにしている。
【００３５】
このように、吐出ヘッド５のノズルピッチＰに基づいて、基板とノズルとの間の距離（ワーキングディスタンス）ｄを決定し、この決定した距離（ワーキングディスタンス）ｄに調整した状態で、液滴の吐出を行うので、例えば液滴吐出ヘッド５を交換した際にも、吐出制御について大きな変更を行うことなく、単に液滴吐出ヘッド５毎に決まっているノズルピッチＰに基づいてワーキングディスタンスｄを決定し、液滴吐出ヘッド５（あるいは基板Ｗ）の高さを調整するだけで、良好な吐出精度を得ることができる。
【００３６】
また、液滴吐出ヘッド５として、図３（ａ）に示したように各ノズルＮが千鳥状に配置されたものを用いているので、ノズル列ＮＡにおける列方向での最短距離となる一対のノズルＮ１、Ｎ２間の実際の距離ＲＰを、ノズル列における列方向でのノズルピッチＰよりも大きくすることができる。したがって、隣り合うノズルＮに影響される度合いが低くなる分、ノズル径を大きくすることができるなど、液滴吐出ヘッド５についての設計的な自由度を大きくすることができる。
【００３７】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、前記実施形態では、図３（ａ）に示したノズルピッチＰの液滴吐出ヘッド５を用いたが、図３（ｂ）や図３（ｃ）に示した液滴吐出ヘッド５を用いることもできるのはもちろんである。
また、前記実施形態では本発明の吐出方法をカラーフィルターの形成に適用したが、例えば有機ＥＬ素子（有機ＥＬ装置）において発光材料や正孔注入材料を所定位置に配する場合にも適用することができ、さらには、金属配線など、回路パターンを構成する種々の薄膜要素の形成にも、本発明の吐出方法を適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…液滴吐出装置、５…液滴吐出ヘッド、２１ａ…ノズル面、Ｎ、Ｎ１、Ｎ２…ノズル、ＮＡ、ＮＡ１、ＮＡ２…ノズル列、Ｐ…ノズルピッチ、ｄ…基板とノズルとの間の距離（ワーキングディスタンス）
【図１】
2010247037.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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