(57)【要約】【課題】  基板に予備吐出スペースなど設けずに、どのような場所でも安定して均一なドットパターンを印刷できるインクジェット印刷装置を提供すること。【解決手段】  インクジェットヘッドのノズルの下にシャッター機構ついたインク受けを設け、シャッターを閉じた状態で予備吐出を繰り返した後、吐出量が安定した後にシャッターを開けることで印刷を開始する。【選択図】  図２（Ｂ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを有するインクジェットヘッドと、前記ノズルのインク吐出方向にあるインク受けとを備えた印刷装置であって、
前記インク受けは、貫通孔を備え、かつ、前記インクジェットヘッドに設けられ、
前記インクジェットヘッドは、前記貫通孔の開閉機構を備え、
前記インク受けの貫通孔を閉じた状態で前記ノズルから周期的に連続してインクの吐出を行い、吐出量が安定した後に前記貫通孔を開けた状態にし、前記貫通孔を開けた状態で前記貫通孔を介して被印刷物への印刷をおこなうことを特徴とした印刷装置。
【請求項２】
前記ノズル面が前記貫通孔に挿入可能な凸状構造を備え、
前記インク受けの貫通孔を開けた状態で、前記ノズル面を移動して前記ノズル面の凸状構造を前記貫通孔に挿入し、被印刷物への印刷を行うことを特徴とした請求項１の印刷装置。
【請求項３】
制御部と印刷部とを備え、
前記制御部は、データ入力部、データ処理部、インクジェットヘッド制御部、ステージ制御部を備え、
前記印刷部は前記インクジェットヘッド、前記インクジェットヘッドを移動させるためのＸステージおよびＺステージ、被印刷物である基板をＹ方向に移動するためのＹステージを備え、
作製する印刷物のデータは前記データ入力部に入力され、入力されたデータは前記データ処理部で処理され、前記データ処理部で処理されたデータを基に、前記ヘッド制御部と前記ステージ制御部とが、前記印刷部の前記Ｘステージ、前記Ｙステージ、前記Ｚステージ前記および前記インクジェットヘッドを動作させて、印刷をおこなうことを特徴とした請求項１の印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子回路、特に塗布型有機半導体などの製造に好適な印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、「人、環境にやさしいエレクトロニクス」として有機エレクトロニクスが注目されている。有機エレクトロニクスには従来のシリコンエレクトロニクスと比べ、製造時に次の２つの大きな特長がある。
【０００３】
(1)半導体に有機半導体を用いるため、製造時に必要とされる温度が200度以下と、従来のシリコンエレクトロニクスよりもはるかに低温であるため、プラスチック基板上にデバイスを直接作製することが可能であること。
従来、シリコンデバイスでは基板にガラス基板やシリコン基板が使用されてきた。プラスチック基板は、それらと比較し、安価で軽くフレキシブルといった特長があるが、耐熱性が低く、従来のシリコンプロセスでは使用できなかった。
【０００４】
(2)半導体が印刷（溶液プロセス）で形成できること。
これにより、ロール・ツー・ロールの連続高速デバイス製造化や、真空装置を必要としないことによる製造ライン、製造装置の小型化が期待される。
【０００５】
このように、有機エレクトロニクス技術を用いれば、軽く、フレキシブルな電子デバイスを安価に作製できることが期待されている。特にインクジェット印刷によるパターニング方法は、従来の半導体プロセスとは異なり、リソグラフィープロセスやエッチングプロセスなどが必要ないため、プロセスにより性能が劣化する塗布型有機半導体などの材料のパターニングに効果的であると考えられ、期待されている。
【０００６】
インクジェット塗布に用いる印刷装置の一例が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３４２６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
インクジェット印刷を行う印刷装置により均一なドットパターンを再現性良く印刷するためには、インクジェットヘッドからインクを均一に安定して吐出させなくてはいけない。しかし、吐出停止状態から吐出する際にしばらくは、インクジェットヘッドのノズル周囲の乾燥したインクによる汚染や、ノズル先端へのインクの充填状況の変化などにより、安定して同一量を吐出することが困難である。そのため、安定するまで連続して予備吐出を行った後、使用する必要がある。予備吐出はインクジェット装置の一部に設置された予備吐出スペースにインクジェットヘッドを移動して予備吐出を行う方法や、印刷する基板の一部に予備吐出用スペースを設け、そこにインクジェットヘッドを移動して予備吐出をおこない、吐出が安定した後に、基板の必要な場所に印刷する方法などがとられる。しかし、予備吐出スペースと基板の印刷領域が離れていると、吐出を停止してヘッドを移動する時間でノズル周辺の状況が変わり、最初は安定して吐出できない場合があった。また、後者では基板に予備吐出スペースが必要となるため、電子デバイスの製造領域が小さくなるといった弊害があった。
【０００９】
本発明の目的は、基板に予備吐出スペースなど設けずに、どのような場所でも安定して均一なドットパターンを印刷できる印刷装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を解決するために、本発明の印刷装置ではインクジェットヘッドのノズルの下に孔の開いたインク受けを設ける。インク受けの孔には機械的に開閉できるシャッター機構が設けられている。印刷する際には、インクジェットヘッドを基板の印刷開始位置に移動した後、シャッターを閉じた状態で予備吐出を繰り返す。その後、吐出量が安定した後にシャッターを開けることで印刷を開始する。このようにしておこなうことにより、はじめから均一形状のドットパターンを印刷することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板に予備吐出スペースなど設けずに、どのような場所でも最初から均一形状のドットパターンを印刷できるインクジェット印刷装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】インクジェット印刷装置でインクを一定周期で連続して吐出する際の、連続して吐出させる回数と一回あたりの吐出量および、一回あたりの吐出基板に印刷されたドットパターンの形状の模式図である。
【図２（Ａ）】本発明の印刷装置のインクジェットヘッドの基本構造と動作を表す模式図で、シャッターを閉じて予備吐出をおこなっている状態を示した図である。
【図２（Ｂ）】本発明の印刷装置のインクジェットヘッドの基本構造と動作を表す模式図で、シャッターを開けて印刷しているときの状態を示した図である。
【図３（Ａ）】本発明の印刷装置のインク受け部分およびシャッター機構の構造の模式図で、シャッターで貫通孔を閉じた状態のインク受け部分を上から見た図である。
【図３（Ｂ）】本発明の印刷装置のインク受け部分およびシャッター機構の構造の模式図で、図３（Ａ）のＡＡ’面での断面図である。
【図３（Ｃ）】本発明の印刷装置のインク受け部分およびシャッター機構の構造の模式図で、貫通孔を開けた状態のインク受け部分を上から見た図である。
【図４】本発明の印刷装置のインク受け部分およびシャッター機構の構造の模式図。
【図５（Ａ）】ノズル面が移動するインクジェットヘッドの基本構造と動作を表す模式図で、シャッターを閉じて予備吐出をおこなっている状態を示した図である。
【図５（Ｂ）】ノズル面が移動するインクジェットヘッドの基本構造と動作を表す模式図で、シャッターを開けてノズル面を移動して印刷しているときの状態を示した図である。
【図６】本発明の印刷装置のシステムの構成を示す模式図である。
【図７（Ａ）】インクジェット印刷装置を使用して作製した有機トランジスタ回路を表す模式図で、従来のインクジェット印刷装置を使用して予備吐出をしない場合を示した図である。
【図７（Ｂ）】インクジェット印刷装置を使用して作製した有機トランジスタ回路を表す模式図で、本発明のインクジェット印刷装置を使用した場合を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
【００１４】
（実施例１）
本実施例では本発明の印刷装置の基本構成および個々の構成要素について説明する。  図１はインクジェット印刷装置でインクを一定周期で連続して吐出する際の、連続して吐出させる回数と一回あたりの吐出量および、一回あたりの吐出基板に印刷されたドットパターンの形状を模式的に示した図である。吐出開始直後は一回あたりの吐出量が少なく、徐々に増え、ある回数（図１でＡで示す値）以上では一定となり安定する。そのため、一吐出あたりの印刷パターンは、はじめは小さく、徐々に大きくなり、ある一定の大きさで安定する。
【００１５】
図２は本発明の印刷装置のインクジェットヘッドの基本構造と動作を表す模式図である。図２（Ａ）はシャッターを閉じて予備吐出をおこなっている状態、図２（Ｂ）はシャッターを開けて印刷しているときの状態を表している。
【００１６】
インクジェットヘッド１にはノズル２があり、ノズル２からインクを吐出することにより基板３に印刷する。インクジェットヘッド１のノズル２を有する面の下には、予備吐出用のインク受け４が設けられ、インクジェットヘッド１と接合されている。インク受け４のノズル２直下の部分には貫通孔５がある。貫通孔５はシャッター６とアクチュエータ７により開閉することができる。インク受け４はインクジェットヘッド１の外部にあるインク吸引ポンプにつながっている。
【００１７】
本発明の印刷装置では、予備吐出は図２（Ａ）に示すようにシャッター６により貫通孔５を閉じた状態で行う。予備吐出として一回あたりの吐出量が一定となるある回数以上連続して吐出した後、図２（Ｂ）に示すようにシャッター６を動かし貫通孔５を開けて印刷を開始する。インク受け４に予備吐出したインクはインク吸引ポンプ８により吸引される。このことにより、一回あたりの吐出量が印刷開始時から一定になり、均一な形状のパターンを最初から印刷することができる。
【００１８】
図３に本発明の印刷装置のインク受け部分およびシャッター機構の構造を模式的に示す。図３（Ａ）はシャッターで貫通孔を閉じた状態のインク受け部分を上から見た図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡＡ’面での断面、図３（Ｃ）は貫通孔を開けた状態のインク受け部分を上から見た図である。アクチュエータ７によりシャッター６を平行移動させて貫通孔を開閉する。アクチュエータ７はピエゾアクチュエータ、ボイスコイルアクチュエータなどが使用できる。シャッター６の開閉は図３のような平行移動のほか、図４に示すように回転移動させても良い。
【００１９】
貫通孔の大きさはインクジェットヘッドのノズル径よりも大きくする必要がある。直径２５ミクロンのノズルを使用する場合、貫通孔の大きさは直径１００ミクロンから３００ミクロン程度が望ましい。インク受け４およびシャッター６は使用するインクの溶媒に耐性があり、インクも付着しにくい材料である必要がある。テフロン（登録商標）等のフッ素系樹脂は有機溶剤、水系溶剤に耐性が高く、インクも付着しにくいため適している。
【００２０】
インクジェットヘッドから基板にインクを吐出する際、インクの高い着弾位置精度が必要な場合、ノズルと基板間距離をできる限り短くする必要がある。その場合、インク受け４もできる限り薄くする必要がある。その場合、フッ素系樹脂のような軟質な材料ではなく、ステンレスなどの硬質な金属材料にフッ素系樹脂をコートした材料がのぞましい。このような材料を用いると、インク受け４はシャッター６も含め０．３ミリメートルの程度の厚さにすることができ、ノズル２と基板３の距離も０．６ミリメートル程度まで狭めることができる。
【００２１】
さらにノズル２と基板３の距離を狭めるためには、ノズル面が移動するインクジェットヘッドを使用することもできる。図５にノズル面が移動するインクジェットヘッドの基本構造と動作を表す模式図を示す。図５（Ａ）はシャッターを閉じて予備吐出をおこなっている状態、図５（Ｂ）はシャッターを開けてノズル面を移動して印刷しているときの状態を表している。
【００２２】
ノズル面１０は貫通孔５に入るように凸状に加工されている。ノズル面１０とインク受け４との間には距離を調節するためのアクチュエータ１１が接合されている。予備吐出の際はノズル面を上に移動し、シャッター６で貫通孔５を閉じた状態でインクの吐出をおこなう。印刷時にはシャッター６を移動して貫通孔５を開けた後、アクチュエータ１１でノズル面を下に移動してノズル面の凸部を貫通孔５に挿入する。ノズル面１０を移動させる際はインクの吐出を停止するが、移動距離が短いため停止時間も短く、吐出を再開しても安定した一定量の吐出を続けることができる。
【００２３】
以上はわかりやすいようにシングルノズルヘッドを例に取り説明したが、マルチノズルヘッドでも全く同様に使用することができる。
【００２４】
（実施例２）
本実施例では本発明の印刷装置のシステムの構成および本発明の印刷装置を使用した印刷方法について説明する。
【００２５】
図６は本発明の印刷装置のシステムの構成を示す模式図である。本システムは制御部１００と印刷部１０１からなる。制御部１００はデータ入力部１０２、データ処理部１０３、インクジェットヘッド制御部１０４、ステージ制御部１０５で構成される。印刷部１０１はインク受け部を有するインクジェットヘッド１０６、インクジェットヘッド１０６を移動させるためのＸステージ１０７およびＺステージ１０８、印刷する基板１０９をＹ方向に移動するためのＹステージ１１０から構成される。
【００２６】
作製する印刷物のデータはデータ入力部１０２に入力する。入力されたデータはデータ処理部１０３で処理され、ヘッド制御部１０４、ステージ制御部１０５を介して印刷部１０１のＸステージ１０７、Ｙステージ１１０、Ｚステージ１０８およびヘッド１０６を動作させる。図６ではＹステージを動作範囲が固定された１軸ステージのように描いたが、もちろん連続フィルムをロール・ツー・ロールのような連続送り機構で送ることも可能である。
【００２７】
図７は従来のインクジェット印刷装置と本発明のインクジェット印刷装置を使用して作製した有機トランジスタ回路を模式的に表している。あらかじめ基板上に作製したソース・ドレイン電極１１１の上に有機半導体パターン１１２をインクジェット印刷装置により作製する。従来のインクジェット印刷装置で予備吐出をしない場合、図７（Ａ）に示すように印刷開始時の有機半導体ドットパターンの形状が小さい。ソース・ドレイン電極よりも小さい場合、トランジスタのチャネル幅が小さくなり、回路中の他のトランジスタと性能が異なってしまう。これに対して、本発明のインクジェット印刷装置を使用すれば図７（Ｂ）に示すように有機半導体ドットパターンの形状は一定であり、均一動作のトランジスタ回路を作ることができる。
【００２８】
また、本発明のインクジェット印刷装置は液晶ディスプレイ用のカラーフィルターを作製するのにも有効である。カラーフィルターではバンクで覆われた画素部分に画素インクを滴下するが、滴下量が異なると、カラーフィルターの膜厚が異なり、明るさのムラになってしまう。本発明のインクジェット印刷装置を用いれば、均一の明るさのカラーフィルターを作製することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１…インクジェットヘッド、２…ノズル、３…基板、４…インク受け、５…貫通孔、６…シャッター、７…アクチュエータ、１０…ノズル面、１１…アクチュエータ、１００…制御部、１０１…印刷部、１０２…データ入力部、１０３…ヘッド制御部、１０５…ステージ制御部、１０６…インクジェットヘッド、１０７…Ｘステージ、１０８…Ｚステージ、１０９…基板、１１０…Ｙステージ、１１１…ソース・ドレイン電極、１１２…有機半導体パターン。
【図１】
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【図２（Ａ）】
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【図２（Ｂ）】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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【図３（Ｃ）】
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【図４】
2010247036.tif 000009
【図５（Ａ）】
2010247036.tif 000010
【図５（Ｂ）】
2010247036.tif 000011
【図６】
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【図７（Ａ）】
2010247036.tif 000013
【図７（Ｂ）】
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