(57)【要約】【課題】  粘弾性が大きい材料を用いる場合であっても、安定した液滴吐出を可能とする。【解決手段】  圧力発生素子に駆動信号を印加して駆動信号に応じた圧力をキャビティ内に発生させ、キャビティに収容された液状体を液滴として吐出する。駆動信号は、所定電位より第１電圧Ｖｂｃ大きい基準電位Ｖｃに対して第２電圧Ｖｃｈを印加してキャビティ内に負圧を発生させる第１波形部ｃと、基準電位Ｖｃより第２電圧Ｖｃｈ大きい保持電位Ｖｈでキャビティ内の負圧を所定時間保持させる第２波形部ｈと、保持電位Ｖｈから所定電位Ｖｂまで第３電圧Ｖｂｈを印加してキャビティ内を加圧する第３波形部ｄとを含み、第１電圧Ｖｂｃが第３電圧Ｖｂｈの１０％以下である。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力発生素子に駆動信号を印加して前記駆動信号に応じた圧力をキャビティ内に発生させ、前記キャビティに収容された液状体を液滴として吐出する液滴吐出方法であって、
前記駆動信号は、所定電位より第１電圧大きい基準電位に対して第２電圧を印加して前記キャビティ内に負圧を発生させる第１波形部と、
前記基準電位より前記第２電圧大きい保持電位で前記キャビティ内の負圧を所定時間保持させる第２波形部と、
前記保持電位から前記所定電位まで第３電圧を印加して前記キャビティ内を加圧する第３波形部とを含み、
前記第１電圧は、前記第３電圧の１０％以下であることを特徴とする液滴吐出方法。
【請求項２】
請求項１記載の液滴吐出方法において、
前記第２波形部の時間は、前記第１波形部の時間の１／２以下、且つ前記第３波形部の時間の１／２以下であることを特徴とする液滴吐出方法。
【請求項３】
請求項２記載の液滴吐出方法において、
前記第２波形部の時間は、前記第１波形部の時間の１／３以下、且つ前記第３波形部の時間の１／３以下であることを特徴とする液滴吐出方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の液滴吐出方法において、
前記液状体は、平均分子量が７００００以上の高分子ポリマーを溶質として含むことを特徴とする液滴吐出方法。
【請求項５】
圧力発生素子に駆動信号を印加して前記駆動信号に応じた圧力をキャビティ内に発生させ、前記キャビティに収容された液状体を基板に液滴として吐出し薄膜を形成する方法であって、
前記液滴を請求項１から４のいずれかに記載の液滴吐出方法により、前記基板に吐出することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項６】
請求項５記載の薄膜形成方法において、
前記基板を前記液状体に対して親液化する工程を有することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項７】
請求項５または６記載の膜形成方法で薄膜が形成された基板を有することを特徴とするデバイス。
【請求項８】
請求項７記載のデバイスを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
液状体を収容するキャビティを備えるヘッドと、印加された駆動信号に応じて前記キャビティ内に圧力を発生させる圧力発生素子とを有する液滴吐出装置であって、
前記駆動信号として、所定電位より第１電圧大きい基準電位に対して第２電圧を印加して前記キャビティ内に負圧を発生させる第１波形部と、
前記基準電位より前記第２電圧大きい保持電位で前記キャビティ内の負圧を所定時間保持させる第２波形部と、
前記保持電位から前記所定電位まで第３電圧を印加して前記キャビティ内を加圧する第３波形部とを含み、前記第１電圧が前記第３電圧の１０％以下である信号を前記圧力発生素子に印加させる信号制御装置を有することを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１０】
請求項９記載の液滴吐出装置において、
前記第２波形部の時間は、前記第１波形部の時間の１／２以下、且つ前記第３波形部の時間の１／２以下であることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の液滴吐出装置において、
前記第２波形部の時間は、前記第１波形部の時間の１／３以下、且つ前記第３波形部の時間の１／３以下であることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれかに記載の液滴吐出装置において、
前記液状体は、平均分子量が７００００以上の高分子ポリマーを溶質として含むことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出方法と液滴吐出装置、薄膜形成方法及びデバイス並びに電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ、カラーフィルタ基板、マイクロレンズアレイ、その他の各種デバイスは、微小な液状粘性物を液滴として吐出する液滴吐出装置を用いて製造される機会が増大している。
かかる製造方法を用いることで、フォトグラフィー法を用いて製造する場合に比べて生産効率を大幅に向上させることができる。また、上記のカラーフィルタ基板は、着色層をなす有機材料を所定位置に所定量だけ吐出させて製造され、また、有機ＥＬディスプレイは発光層をなす有機材料を基板上に形成する際に吐出装置が用いられる。
【０００３】
液滴吐出装置はヘッドに液状粘性物を吐出するノズルを多数備えているが、液状粘性物が各々のノズルから安定して吐出されないと、いわゆる飛行曲がりが生じて所定位置に液滴を塗布できないという不具合が生じる。また、吐出量（吐出重量）にばらつきがあると、例えば大きさ及び形状にばらつきのあるマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイが製造され、又は、色むらのあるカラーフィルタ又は有機ＥＬディスプレイが製造される。このため、上記の各種デバイスを製造するために用いられる吐出装置は、各ノズルから吐出される液状粘性物の吐出量が均一である必要がある。
【０００４】
液状粘性物の吐出量のばらつきを解消するために、以下の特許文献１では、１吐出周期内に波形の異なる駆動パルスを複数含む駆動信号を生成し、これらの駆動パルスから１つの駆動パルスを選択して各ノズルに対応して設けられる圧電素子等の圧力発生素子に印加することにより、ノズル間の吐出量のばらつきを補正する発明が開示されている。この発明では、予め全ての圧力発生素子に同一波形の駆動パルスを印加して各々のノズルから吐出される液状粘性物の吐出量を測定しておき、この吐出量のばらつきを補正しうる駆動パルスを選択して圧力発生素子に印加することで、ノズル間の吐出量のばらつきを補正している。
【特許文献１】特開２００３−３２０２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
高分子ポリマー等、粘弾性の大きい材料を溶質として用いて液滴吐出する場合、液滴の尾部分が切れにくい性質を有するため、安定吐出が困難になってしまう。
そのため、飛行曲がりが生じて液滴の着弾精度が低下するという問題となる。
また、着弾時の大きさ（着弾径）にも、ばらつきが生じやすいため、所定の大きさ（例えば線幅）に成膜することが困難になってしまう。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、粘弾性が大きい材料を用いる場合であっても、安定した液滴吐出が可能な液滴吐出方法と液滴吐出装置、薄膜形成方法、及びこれらの方法により製造されたデバイス並びに電子機器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】
【０００７】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の液滴吐出方法は、圧力発生素子に駆動信号を印加して前記駆動信号に応じた圧力をキャビティ内に発生させ、前記キャビティに収容された液状体を液滴として吐出する液滴吐出方法であって、前記駆動信号は、所定電位より第１電圧大きい基準電位に対して第２電圧を印加して前記キャビティ内に負圧を発生させる第１波形部と、前記基準電位より前記第２電圧大きい保持電位で前記キャビティ内の負圧を所定時間保持させる第２波形部と、前記保持電位から前記所定電位まで第３電圧を印加して前記キャビティ内を加圧する第３波形部とを含み、前記第１電圧は、前記第３電圧の１０％以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、本発明の液滴吐出方法では、負圧を発生させてキャビティ内に液状体を引き込む際の第１波形部で基準電位に対して印加される第２電圧が、キャビティ内を加圧する第３波形部で印加される第３電圧の９０％以上となる。このように、大きな印加電圧を用いて液状体をキャビティ内に引き込むことにより、ずり速度（せん断速度）が大きくなり、その結果、液状体の粘度を低下させることができる。そのため、粘弾性の大きい材料を用いた場合でも、粘弾性による悪影響を低減させることが可能となり、安定した液滴吐出を実現することができ、結果として、高周波領域での安定した液滴吐出も可能になる。
【０００９】
前記第２波形部の時間としては、前記第１波形部の時間の１／２以下、且つ前記第３波形部の時間の１／２以下であることが好ましく、より好ましくは前記第１波形部の時間の１／３以下、且つ前記第３波形部の時間の１／３以下であることが好適である。
従って、本発明の液滴吐出方法では、キャビティ内で液状体を保持する間に、液状体のずり速度が低下することにより液状体の粘度が増加してしまい、液滴として吐出することが困難になってしまうことを回避できる。
また、本発明は、平均分子量が７００００以上の高分子ポリマーを溶質として含む液状体に対しても好適に採用できる。
【００１０】
そして、本発明の薄膜形成方法は、圧力発生素子に駆動信号を印加して前記駆動信号に応じた圧力をキャビティ内に発生させ、前記キャビティに収容された液状体を基板に液滴として吐出し薄膜を形成する方法であって、前記液滴を先に記載の液滴吐出方法により、前記基板に吐出することを特徴とするものである。
従って、本発明では、粘弾性の大きい材料を用いた場合でも、粘弾性による悪影響を低減させることが可能となり、飛行曲がりや着弾時のばらつきが抑制されて、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。
【００１１】
また、本発明の薄膜形成方法においては、前記基板を前記液状体に対して親液化する工程を有することが好ましい。
これにより、本発明では、基板に着弾した液状体を濡れ拡がらせることができ、所定の領域に液状体を塗布することが可能になる。
【００１２】
そして、本発明のデバイスは、先に記載の膜形成方法で薄膜が形成された基板を有することを特徴とするものである。
また、本発明の電子機器は、先に記載のデバイスを備えることを特徴とするものである。
従って、本発明では、基板の所定領域に薄膜が形成された高品質のデバイス及び電子機器を提供することが可能となる。
【００１３】
一方、本発明の液滴吐出装置は、液状体を収容するキャビティを備えるヘッドと、印加された駆動信号に応じて前記キャビティ内に圧力を発生させる圧力発生素子とを有する液滴吐出装置であって、前記駆動信号として、所定電位より第１電圧大きい基準電位に対して第２電圧を印加して前記キャビティ内に負圧を発生させる第１波形部と、前記基準電位より前記第２電圧大きい保持電位で前記キャビティ内の負圧を所定時間保持させる第２波形部と、前記保持電位から前記所定電位まで第３電圧を印加して前記キャビティ内を加圧する第３波形部とを含み、前記第１電圧が前記第３電圧の１０％以下である信号を前記圧力発生素子に印加させる信号制御装置を有することを特徴とするものである。
【００１４】
従って、本発明の液滴吐出装置では、負圧を発生させてキャビティ内に液状体を引き込む際の第１波形部で基準電位に対して印加される第２電圧が、キャビティ内を加圧する第３波形部で印加される第３電圧の９０％以上となる。このように、大きな印加電圧を用いて液状体をキャビティ内に引き込むことにより、ずり速度（せん断速度）が大きくなり、その結果、液状体の粘度を低下させることができる。そのため、粘弾性の大きい材料を用いた場合でも、粘弾性による悪影響を低減させることが可能となり、安定した液滴吐出を実現することができ、結果として、高周波領域での安定した液滴吐出も可能になる。
【００１５】
前記第２波形部の時間としては、前記第１波形部の時間の１／２以下、且つ前記第３波形部の時間の１／２以下であることが好ましく、より好ましくは前記第１波形部の時間の１／３以下、且つ前記第３波形部の時間の１／３以下であることが好適である。
従って、本発明の液滴吐出方法では、キャビティ内で液状体を保持する間に、液状体のずり速度が低下することにより液状体の粘度が増加してしまい、液滴として吐出することが困難になってしまうことを回避できる。
また、本発明は、平均分子量が７００００以上の高分子ポリマーを溶質として含む液状体に対しても好適に採用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の液滴吐出方法と液滴吐出装置、薄膜形成方法及びデバイス並びに電子機器の実施の形態を、図１ないし図７を参照して説明する。
〔液滴吐出装置〕
図１は、本発明の一実施形態による液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図である。尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施形態では吐出ヘッド（ヘッド、液滴吐出ヘッド）２０の移動方向がＸ方向に設定され、ステージＳＴの移動方向がＹ方向に設定されている。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の液滴吐出装置ＩＪは、ベース１０と、ベース１０上でガラス基板等の基板Ｐを支持するステージＳＴと、ステージＳＴの上方（＋Ｚ方向）において支持され、基板Ｐに対して所定の液滴を吐出可能な吐出ヘッド２０とを含んで構成されている。ベース１０とステージＳＴとの間には、ステージＳＴをＹ方向に移動可能に支持する第１移動装置１２が設けられている。また、ステージＳＴの上方には、吐出ヘッド２０をＸ方向に移動可能に支持する第２移動装置１４が設けられている。
【００１８】
吐出ヘッド２０には、流路１８を介して吐出ヘッド２０から吐出される液滴の溶媒（液状体）を貯蔵するタンク１６が接続されている。また、ベース１０上には、キャッピングユニット２２とクリーニングユニット２４とが配置されている。制御装置（信号制御装置）２６は、液滴吐出装置ＩＪの各部（例えば、第１移動装置１２及び第２移動装置１４等）を制御して液滴吐出装置ＩＪの全体の動作を制御する。
【００１９】
上記の第１移動装置１２はベース１０の上に設置されており、Ｙ軸方向に沿って位置決めされている。この第１移動装置１２は、例えばリニアモータによって構成され、ガイドレール１２ａ，１２ａと、このガイドレール１２ａに沿って移動可能に設けられているスライダー１２ｂとを備えている。このリニアモータ形式の第１移動装置１２のスライダー１２ｂは、ガイドレール１２ａに沿ってＹ軸方向に移動して位置決め可能である。
【００２０】
また、スライダー１２ｂはＺ軸回り（θＺ）用のモータ１２ｃを備えている。このモータ１２ｃは、例えばダイレクトドライブモータであり、モータ１２ｃのロータはステージＳＴに固定されている。これにより、モータ１２ｃに通電することでロータとステージＳＴとは、θＺ方向に沿って回転してステージＳＴ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１２は、ステージＳＴをＹ軸方向及びθＺ方向に移動可能である。ステージＳＴは基板Ｐを保持し、所定の位置に位置決めするものである。
また、ステージＳＴは不図示の吸着保持装置を有しており、この吸着保持装置が作動することによってステージＳＴに設けられた不図示の吸着穴を通して基板ＰをステージＳＴの上に吸着して保持する。
【００２１】
上記の第２移動装置１４は、支柱２８ａ，２８ａを用いてベース１０に対して立てて取り付けられており、ベース１０の後部１０ａにおいて取り付けられている。この第２移動装置１４はリニアモータによって構成され、支柱２８ａ，２８ａに固定されたコラム２８ｂに支持されている。第２移動装置１４は、コラム２８ｂに支持されているガイドレール１４ａと、ガイドレール１４ａに沿ってＸ軸方向に移動可能に支持されているスライダー１４ｂとを備えている。スライダー１４ｂはガイドレール１４ａに沿ってＸ軸方向に移動して位置決め可能である。上記の吐出ヘッド２０はスライダー１４ｂに取り付けられている。
【００２２】
吐出ヘッド２０は、揺動位置決め装置としてのモータ３０，３２，３４，３６を有している。モータ３０を駆動すれば吐出ヘッド２０をＺ方向に沿って上下動させることができ、任意のＺ方向の位置で吐出ヘッド２０を位置決めすることができる。モータ３２を駆動すれば、吐出ヘッド２０をＹ軸回りのβ方向に沿って揺動させることができ、吐出ヘッド２０の角度を調整することができる。モータ３４を駆動すれば、吐出ヘッド２０をＸ軸回りのγ方向に沿って揺動させることができ、吐出ヘッド２０の角度を調整することができる。モータ３６を駆動すれば、吐出ヘッド２０をＺ軸回りのα方向に沿って揺動させることができ、吐出ヘッド２０の角度を調整することができる。
【００２３】
このように、図１に示す吐出ヘッド２０は、Ｚ方向に直線移動可能であって、α方向、β方向、及びγ方向に沿って揺動して角度を調整することができるようにスライダ１４ｂに支持されている。吐出ヘッド２０の位置及び姿勢は、ステージＳＴ側の基板Ｐに対する液滴吐出面２０ａの位置又は姿勢が所定の位置又は所定の姿勢となるように、制御装置２６によって精確に制御される。尚、吐出ヘッド２０の液滴吐出面２０ａには液滴を吐出する複数のノズル開口が設けられている。
【００２４】
上述の吐出ヘッド２０から吐出される液滴としては、着色材料を含有するインク、金属微粒子等の材料を含有する分散液、ＰＥＤＯＴ:ＰＳＳ等の正孔注入材料や発光材料等の有機ＥＬ物質を含有する溶液、液晶材料等の高粘度の機能性液体、マイクロレンズの材料を含有する機能性液体、たんぱく質や核酸等を含有する生体高分子溶液等の種々の材料を含有する液滴が採用される。
【００２５】
ここで、吐出ヘッド２０の構成について説明する。図２は吐出ヘッド２０の分解斜視図であり、図３は吐出ヘッド２０の主要部の一部を示す透視図である。図２に示す吐出ヘッド２０は、ノズル板１１０、圧力室基板１２０、振動板１３０、及び筐体１４０を含んで構成されている。図２に示す通り、圧力室基板１２０は、キャビティ１２１、側壁１２２、リザーバ１２３、及び供給口１２４を備えている。キャビティ１２１は、圧力室であってシリコン等の基板をエッチングすることにより形成されるものである。側壁１２２は、キャビティ１２１間を仕切るよう構成され、リザーバ１２３は、各キャビティ１２１に液状体を充填する時に液状体を供給可能な共通の流路として構成されている。供給口１２４は、各キャビティ１２１に液状体を導入可能に構成されている。
【００２６】
また、図３に示す通り、振動板１３０は、圧力室基板１２０の一方の面に貼り合わせ可能に構成されている。振動板１３０には発力発生素子としての圧電体素子（圧力発生素子）１５０が設けられている。圧電体素子１５０は、ペロブスカイト構造を持つ強誘電体の結晶であり、振動板１３０上に所定の形状で形成されて構成されている。この圧電体素子１５０は、制御装置２６から供給される駆動信号に対応して体積変化を生ずることが可能に構成されている。ノズル板１１０は、圧力室基板１２０に複数設けられたキャビティ（圧力室）１２１の各々に対応する位置にそのノズル開口１１１が配置されるよう、圧力室基板１２０に貼り合わせられている。ノズル板１１０を貼り合わせた圧力室基板１２０は、更に、図２に示す通り、筐体１４０に填められて液滴吐出ヘッド２０を構成している。
【００２７】
吐出ヘッド２０から液滴を吐出するには、まず、制御装置２６が液滴を吐出させるための駆動信号を吐出ヘッド２０に供給する。液状体は吐出ヘッド２０のキャビティ１２１に流入しており、駆動信号が吐出ヘッド２０に供給されると吐出ヘッド２０に設けられた圧電体素子１５０がその駆動信号に応じた体積変化を生ずる。この体積変化は振動板１３０を変形させ、キャビティ１２１の体積を変化させる。この結果、そのキャビティ１２１のノズル開口１１１から液滴が吐出される。液滴が吐出されたキャビティ１２１には吐出によって減った液状体が新たにタンク１６から供給される。
【００２８】
図１に戻り、第２移動装置１４は、吐出ヘッド２０をＸ軸方向に移動させることで、吐出ヘッド２０をクリーニングユニット２４又はキャッピングユニット２２の上部に選択的に位置決めさせることができる。つまり、デバイス製造作業の途中であっても、例えば吐出ヘッド２０をクリーニングユニット２４上に移動すれば、吐出ヘッド２０のクリーニングを行うことができる。また、吐出ヘッド２０をキャッピングユニット２２の上に移動すれば、吐出ヘッド２０の液滴吐出面２０ａにキャッピングを施したり、液滴をキャビティ１２１に充填したり、ノズル開口１１１の目詰まり等による吐出不良を回復させたりすることが可能となる。
【００２９】
つまり、クリーニングユニット２４及びキャッピングユニット２２は、ベース１０上の後部１０ａ側で、吐出ヘッド２０の移動経路直下に、ステージＳＴと離間して配置されている。ステージＳＴに対する基板Ｐの搬入作業及び搬出作業はベース１０の前部１０ｂ側で行われるため、これらクリーニングユニット２４又はキャッピングユニット２２により作業に支障を来すことはない。
【００３０】
クリーニングユニット２４は、吐出ヘッド２０のノズル開口１１１等のクリーニングをデバイス製造工程中や待機時に定期的に又は随時に行うことができる。キャッピングユニット２２は、吐出ヘッド２０の液滴吐出面２０ａが乾燥しないように、デバイスを製造しない待機時にこの液滴吐出面２０ａにキャッピングを施したり、液滴をキャビティ１２１に充填する際に用いたり、また、吐出不良が生じた吐出ヘッド２０を回復させるものである。尚、図２及び図３においては、説明の簡単のために整列された複数のノズル開口１１１を一列のみ図示しているが、ノズル開口１１１が複数列に亘って整列された構成であっても良い。
【００３１】
〔駆動信号の基本波形〕
次に、制御装置２６によって制御され圧電体素子１５０を作動させるための駆動信号の基本波形について図４を参照して説明する。図４は、駆動信号の基本波形の一例を示す図であり、この波形は、ノズル開口１１１から液滴を一滴吐出させるための波形である。
【００３２】
図４に示す波形は、図２及び図３に示すキャビティ１２１の容積を増大させてキャビティ１２１内に負圧を発生させる引込部ｃ（第１波形部）と、増大したキャビティ１２１の容積を一定時間保持する保持部ｈ（第２波形部）と、キャビティ１２１の容積を急激に減少させてキャビティ１２１内を加圧する押出部ｄ（第３波形部）と、減少したキャビティ１２１の容積を一定時間保持する保持部ｉ（第４波形部）と、減少したキャビティ１２１の容積を基本状態に戻し、且つノズル開口における液状体のメニスカスを整定する制振部ｓとを有している。尚、以下の説明では、波形の各部の時間を示す場合には、記号「Ｔ」にその部分を示す符号を沿えて表す。例えば、押出部ｄの時間は「Ｔｄ」と表す。
【００３３】
上記の引込部ｃは、駆動信号の電圧を中間電位（基準電位）Ｖｃから最大電位（保持電位）Ｖｈまでの電位差（第２電圧）Ｖｃｈ（例えば２３Ｖ）でほぼ直線的に時間Ｔｃ（例えば７μｓｅｃ）で上昇させる部分であり、保持部ｈは最大電位Ｖｈを所定時間Ｔｈ（例えば１．４μｓｅｃ）保持する部分である。また、押出部ｄは駆動信号の電圧を最大電位Ｖｈから最低電位（所定電位）Ｖｂまでの電位差（第３電圧）Ｖｂｈ（例えば２５Ｖ）でほぼ直線的に一定の傾きで時間Ｔｄ（例えば４．５μｓｅｃ）で下降させる部分であり、保持部ｉは最低電位Ｖｂを所定時間Ｔｉ（例えば３μｓｅｃ）で保持する部分である。そして、制振部ｓは、駆動信号の電圧を最低電圧Ｖｂから中間電位Ｖｃまでの電位差（第１電圧）Ｖｂｃ（例えば２Ｖ）でほぼ直線的に時間Ｔｓ（例えば３μｓｅｃ）で上昇させる部分である。
【００３４】
本実施形態では、上記中間電位Ｖｃと最低電位Ｖｂとの電位差Ｖｂｃが、最大電圧Ｖｈと最低電圧Ｖｂとの電位差Ｖｂｈの１０％以下に設定している。
また、保持部ｈの時間Ｔｈは、引込部ｃの時間Ｔｃの１／２以下で、且つ押出部ｄの時間Ｔｄの１／２以下に、より好ましくは、保持部ｈの時間Ｔｈは、引込部ｃの時間Ｔｃの１／３以下で、且つ押出部ｄの時間Ｔｄの１／３以下に設定される。
【００３５】
以上説明した駆動信号（波形）が圧電体素子１５０に印加されると、圧電体素子１５０は図５に示す動作を行って液滴を一滴吐出する。図５は、圧電体素子１５０の液滴吐出時における動作を示す図である。まず、例えば駆動信号の電圧値が上昇する引込部ｃが圧電体素子１５０に印加されると、図５（ａ）に示すように、圧電体素子１５０がキャビティ１２１の容積を膨張させる方に撓んでキャビティ１２１に負圧が発生する。これによって、液状体がリザーバ１２３からキャビティ１２１に供給される。また、図示の通りノズル開口１１１における液体も僅かにキャビティ１２１内部方向へ引き込まれることで、メニスカスがノズル開口１１１内に引き込まれる。
【００３６】
上記の駆動信号では、最大電圧Ｖｈと最低電圧Ｖｂとの電位差Ｖｂｈに対して、電位差Ｖｂｃが１０％以下に設定されているため、引き込み部ｃで印加される中間電位Ｖｃと最大電圧Ｖｈとの電位差Ｖｃｈが相対的に大きくなる。そのため、キャビティ１２１に引き込まれる液状体のずり速度が大きくなり、結果として液状体の粘度が小さくなった状態でキャビティ１２１内に貯留される。
【００３７】
次に、引込部ｃに続く保持部ｈが圧電体素子１５０に印加されると、保持部ｈが供給されている間はキャビティ１２１の容積が膨張した状態に保持される。次いで、押出部ｄが圧電体素子１５０に印加されると、圧電体素子１５０が急速にキャビティ１２１の容積を収縮させる方向に撓み、キャビティ１２１に正圧が発生する。これにより、図５（ｂ）に示すように、ノズル開口１１１から液滴Ｄが吐出される。
このとき、保持時間Ｔｈを引込時間Ｔｃ及び押出時間Ｔｄの１／２以下、より好ましくは１／３以下に設定することにより、液状体を保持している間に上述したずり速度が小さくなって粘度が高まる前に、ノズル開口１１１から液滴Ｄを吐出することができる。
【００３８】
押出部ｄに続く保持部ｉが圧電体素子１５０に印加されると、保持部ｈが供給されている間はキャビティ１２１の容積が収縮した状態に保持され、図５（ｃ）に示すように、ノズル開口１１１におけるメニスカスが僅かに凸状になる。この状態で制振部ｓが圧電体素子１５０に印加されると、圧電体素子１５０がキャビティ１２１の容積を膨張させる方に撓んでキャビティ１２１に負圧が発生する。これにより、ノズル開口１１１近傍における液状体も僅かにキャビティ１２１内部方向へ引き込まれ、メニスカスが一定の状態に維持される。
【００３９】
以上のように、粘弾性が大きい材料を用いる場合、従来では電位差Ｖｂｈに対して電位差Ｖｂｃが１０％を超えている場合には、キャビティに引き込まれる液状体のずり速度が十分に大きくならず、従って高い粘度のままで液状体を吐出することになるため、吐出した液滴の尾部分が切れにくく、安定した吐出が困難であったが、本実施形態では、電位差Ｖｂｃを電位差Ｖｂｈの１０％以下とすることにより、液状体のずり速度が大きくなって粘度が低下するため、飛行曲がり等が生じることなく安定して液滴を吐出することが可能になり、着弾径や着弾位置精度を確保することが可能になる。また、本実施の形態では、吐出時に液状体の粘度が低下しているため、高周波領域での吐出（例えば従来では最大５ｋＨｚであったが、本実施形態では１０ｋＨｚ程度での吐出）が可能になり生産性の向上にも寄与できる。
【００４０】
また、保持時間Ｔｈが引込時間Ｔｃまたは押出時間Ｔｄの１／２を超えている場合には、ずり速度が低下して粘度が高くなるため、安定した液滴吐出が困難になるが、本実施の形態では、保持時間Ｔｈを引込時間Ｔｃ及び押出時間Ｔｄの１／２以下、より好ましくは１／３以下に設定することにより、液状体を保持している間にずり速度が小さくなって粘度が高まる前に、ノズル開口１１１から液滴Ｄを吐出することができるため、より安定した液滴吐出を実現することが可能になる。
【００４１】
なお、上記の液滴吐出方法及び液滴吐出装置を用いて吐出される粘弾性の高い液状体としては、高分子ポリマーが挙げられ、特に平均分子量が７００００以上の高分子ポリマーに対して種々摘要可能である。
例えば、液晶表示装置における配向膜を形成する際に用いられるポリアミック酸ベースの高分子ポリマー（平均分子量７００００〜１９００００）をγ−ブチロラクトン単体、あるいは他の溶媒を含んだ混合溶媒に溶解させたものや、Ｌｉイオン電池用バインダーを形成する際に用いられるＰＶＤＦ溶解液（ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン；平均分子量１０００００〜１５００００）をＮＭＰ（Ｎ−メチル−2−ピロリドン）に２％溶解したもの）、後述する有機ＥＬ素子における有機ＥＬ層を形成する際に用いられる液状体に適用できる。
【００４２】
〔デバイスの製造方法〕
次に、本発明の一実施形態によるデバイスの製造方法について説明する。尚、以下の説明では、前述した液滴吐出装置ＩＪを用いて有機ＥＬ基板を製造する製造方法を例に挙げて説明する。
【００４３】
図６は、有機ＥＬ装置の構成の一例を示す断面図である。図６に示すように、有機ＥＬ装置（デバイス）３０１は、基板３１１、回路素子部３２１、画素電極３３１、バンク部３４１、発光素子３５１、陰極３６１（対向基板）、及び封止用基板３７１から構成された有機ＥＬ素子３０２に、フレキシブル基板（図示省略）の配線及び駆動ＩＣ（図示省略）を接続したものである。回路素子部３２１は基板３１１上に形成され、複数の画素電極３３１が回路素子部３２１上に整列している。そして、各画素電極３３１間にはバンク部３４１が格子状に形成されており、バンク部３４１により生じた凹部開口３４４に、発光素子３５１が形成されている。陰極３６１は、バンク部３４１及び発光素子３５１の上部全面に形成され、陰極３６１の上には、封止用基板３７１が積層されている。
【００４４】
有機ＥＬ素子を含む有機ＥＬ装置３０１の製造プロセスは、バンク部３４１を形成するバンク部形成工程と、発光素子３５１を適切に形成するためのプラズマ処理工程と、発光素子３５１を形成する発光素子形成工程と、陰極３６１を形成する対向電極形成工程と、封止用基板３７１を陰極３６１上に積層して封止する封止工程とを備えている。
【００４５】
プラズマ処理高工程においては、バンク部３４１間におけるバンク形成時のレジスト（有機物）残渣を除去するために、基板Ｐに対して残渣処理を施す。
残渣処理としては、紫外線を照射することにより残渣処理を行う紫外線（ＵＶ）照射処理や大気雰囲気中で酸素を処理ガスとするＯ２プラズマ処理等を選択できるが、ここではＯ２プラズマ処理を実施する。このような処理を施すことにより、画素電極３３１上の親液性を高めることができる。
【００４６】
発光素子形成工程は、凹部開口３４４、即ち画素電極３３１上に正孔注入／輸送層（薄膜）３５２及び発光層（薄膜）３５３を形成することにより発光素子３５１を形成するもので、正孔注入／輸送層形成工程と発光層形成工程とを有している。そして、正孔注入／輸送層形成工程は、正孔注入／輸送層３５２を形成するための液状体を各画素電極３３１上に吐出する第１液滴吐出工程と、吐出された液状体を乾燥させて正孔注入／輸送層３５２を形成する第１乾燥工程とを有している。
この第１液滴吐出工程では、画素電極３３１上が親液性を付与されているため、吐出された液状体がバンク部３４１間で円滑に濡れ拡がり、所望のパターン形状を形成することができる。
【００４７】
そして、発光層形成工程は、発光層３５３を形成するための液状体を正孔注入／輸送層３５２の上に吐出する第２液滴吐出工程と、吐出された液状体を乾燥させて発光層３５３を形成する第２乾燥工程とを有している。この発光素子形成工程では、上述した液滴吐出装置ＩＪを用いて上記発光素子を形成する。
【００４８】
なお、薄膜形成工程である発光素子形成工程の前処理としてのバンク部形成工程、プラズマ処理工程や、液滴吐出による薄膜形成、さらには、減圧、オーブンによる加熱等の乾燥工程は、インライン接続により一連の工程とすることが好ましい。
【００４９】
正孔注入／輸送層形成材料としては、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリビニルカルバゾール、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸との混合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ；Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ／  Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎｅｔｅ（Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ、バイエル社商標））などの高分子化合物が挙げられる。
【００５０】
発光層形成材料としては、（ポリ）フルオレン誘導体（ＰＦ）、（ポリ）パラフェニレンビニレン誘導体（ＰＰＶ）、ポリフェニレン誘導体（ＰＰ）、ポリパラフェニレン誘導体（ＰＰＰ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、ポリチオフェン誘導体、ポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）などのポリシラン系などが好適に用いられる。また、これらの高分子材料に、ペリレン系色素、クマリン系色素、ローダミン系色素などの高分子系材料や、ルブレン、ペリレン、９，１０−ジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッド、クマリン６、キナクリドン等の低分子材料をドープして用いることもできる。このような有機化合物のうち赤色に発光するものとしては、例えば、ポリビニレンスチレン誘導体のベンゼン環にアルキルまたはアルコキシ置換基を有する高分子化合物や、ポリビニレンスチレン誘導体のビニレン基にシアノ基を有する高分子化合物などを挙げることができる。緑色に発光する有機化合物としては、例えば、アルキルまたはアルコキシまたはアリール誘導体置換基をベンゼン環に導入したポリビニレンスチレン誘導体などを挙げることができる。青色に発光する有機化合物としては、例えば、ジアルキルフルオレンとアントラセンの共重合体のようなポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。
【００５１】
本実施形態の有機ＥＬ装置３０１では、正孔注入／輸送層３５２及び発光層３５３が上述した液滴吐出方法を用いて、安定した液滴吐出により成膜されるため、飛行曲がり等が生じず、液滴の着弾径や着弾位置精度が確保された高品質のデバイスを製造することができる。
【００５２】
続いて、液晶表示装置について説明する。
図７は、液晶表示装置においてＴＦＴ素子２３０が形成された領域の構成について示す断面図である。本実施の形態の液晶装置においては、ＴＦＴアレイ基板２１０と、これに対向配置される対向基板２２０との間に液晶層５０が挟持されている。
【００５３】
液晶層５０は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、一対の配向膜４０及び６０の間で、所定の配向状態をとる。ＴＦＴアレイ基板２１０は、石英等の透光性材料からなる基板本体２１０Ａと、その液晶層５０側表面に形成されたＴＦＴ素子２３０、画素電極９、配向膜４０を主体として構成されており、対向基板２０はガラスや石英等の透光性材料からなる基板本体２２０Ａと、その液晶層５０側表面に形成された共通電極２１、配向膜６０、を主体として構成されている。そして、各基板２１０，２２０は、スペーサー１５を介して所定の基板間隔が保持されている。
【００５４】
ＴＦＴアレイ基板２１０において、基板本体２１０Ａの液晶層５０側表面には画素電極９が設けられ、各画素電極９に隣接する位置に、各画素電極９をスイッチング制御する画素スイッチング用ＴＦＴ素子２３０が設けられている。画素スイッチング用ＴＦＴ素子２３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、走査線３ａ、当該走査線３ａからの電界によりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域１ａ’、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート絶縁膜２、データ線６ａ、半導体層１ａの低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃ、半導体層１ａの高濃度ソース領域１ｄおよび高濃度ドレイン領域１ｅを備えている。
【００５５】
上記走査線３ａ上、ゲート絶縁膜２上を含む基板本体２１０Ａ上には、高濃度ソース領域１ｄへ通じるコンタクトホール５、及び高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８が開孔した第２層間絶縁膜４が形成されている。つまり、データ線６ａは、第２層間絶縁膜４を貫通するコンタクトホール５を介して高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続されている。
【００５６】
さらに、データ線６ａ上および第２層間絶縁膜４上には、高濃度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８が開孔した第３層間絶縁膜７が形成されている。すなわち、高濃度ドレイン領域１ｅは、第２層間絶縁膜４および第３層間絶縁膜７を貫通するコンタクトホール８を介して画素電極９に電気的に接続されている。
【００５７】
また、ＴＦＴアレイ基板２１０の基板本体２１０Ａの液晶層５０側表面において、各画素スイッチング用ＴＦＴ素子２３０が形成された領域には、ＴＦＴアレイ基板２１０を透過し、ＴＦＴアレイ基板２１０の図示下面（ＴＦＴアレイ基板２１０と空気との界面）で反射されて、液晶層５０側に戻る戻り光が、少なくとも半導体層１ａのチャネル領域１ａ’および低濃度ソース、ドレイン領域１ｂ、１ｃに入射することを防止するための第１遮光膜１１ａが設けられている。
【００５８】
また、第１遮光膜１１ａと画素スイッチング用ＴＦＴ素子２３０との間には、画素スイッチング用ＴＦＴ素子２３０を構成する半導体層１ａを第１遮光膜１１ａから電気的に絶縁するための第１層間絶縁膜２１２が形成されている。さらに、ＴＦＴアレイ基板２１０に第１遮光膜１１ａを設けるのに加えて、コンタクトホール１３を介して第１遮光膜１１ａは、前段あるいは後段の容量線３ｂに電気的に接続するように構成されている。
【００５９】
さらに、ＴＦＴアレイ基板２１０の液晶層５０側最表面、すなわち、画素電極９および第３層間絶縁膜７上には、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御する配向膜４０が形成されている。したがって、このようなＴＦＴ素子２３０を具備する領域においては、ＴＦＴアレイ基板２１０の液晶層５０側最表面、すなわち液晶層５０の挟持面には複数の凹凸ないし段差が形成された構成となっている。
【００６０】
他方、対向基板２２０には、基板本体２２０Ａの液晶層５０側表面であって、データ線６ａ、走査線３ａ、画素スイッチング用ＴＦＴ素子２３０の形成領域に対向する領域、すなわち各画素部の開口領域以外の領域に、入射光が画素スイッチング用ＴＦＴ素子２３０の半導体層１ａのチャネル領域１ａ’や低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃに侵入することを防止するための第２遮光膜２３が設けられている。さらに、第２遮光膜２３が形成された基板本体２２０Ａの液晶層５０側には、その略全面にわたって、ＩＴＯ等からなる共通電極２１が形成され、その液晶層５０側には、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御する配向膜６０が形成されている。
【００６１】
上記の液晶表示装置の製造工程としては、まず、ガラス等からなる下側の基板本体２１０Ａ上にＴＦＴ素子２３０等を構成するために、遮光膜１１ａ、第１層間絶縁膜２１２、半導体層１ａ、チャネル領域１ａ’、低濃度ソース領域１ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃ、高濃度ソース領域１ｄ、高濃度ドレイン領域１ｅ、蓄積容量電極１ｆ、走査線３ａ、容量線３ｂ、第２層間絶縁膜４、データ線６ａ、第３層間絶縁膜７、コンタクトホール８、画素電極９を形成する。次に、基板本体２１０Ａ上に、上述した液滴吐出装置ＩＪを用いて配向膜溶液（例えば、上記ポリアミック酸ベースの高分子ポリマーをγ−ブチロラクトン単体を含んだ混合溶媒に溶解させたもの）を塗布して配向膜４０を形成する。その後、配向膜４０に所定の方向にラビング処理を施し、ＴＦＴアレイ基板２１０を作成する。また、上側の基板本体２２０Ａ上にも遮光膜２３、対向電極２１、配向膜６０を形成し、さらに前記配向膜６０に所定の方向にラビング処理を施し対向基板２２０を作成する。この配向膜６０も、上述した液滴吐出装置ＩＪを用いて成膜される。
【００６２】
次に、上記対向基板２２０又はＴＦＴアレイ基板２１０上に枠状のシール材を形成する。そして、シール材を形成したＴＦＴアレイ基板２１０上に、当該液晶装置のセル厚に見合った所定量の液晶を滴下する。その後、液晶を滴下したＴＦＴアレイ基板２１０と他方の対向基板２２０とを、液晶を挟持するように貼り合わせ、さらに、ＴＦＴアレイ基板２１０及び対向基板２２０の外面側に図示しない位相差板、偏光板等の光学フィルムを貼り合わせ、図７に示したセル構造を備える表示装置である液晶装置が製造される。
【００６３】
本実施形態の液晶表示装置においては、配向膜４０、６０が上述した液滴吐出装置ＩＪを用いて、配向膜形成材料を含む溶液の液滴を吐出・乾燥することにより、液滴の着弾径や着弾位置精度が確保された状態で成膜されるため、平坦性に優れた配向膜４０、６０を形成することが可能になり、表示品質に優れた液晶表示装置を得ることができる。
【００６４】
上記の液晶表示装置、有機ＥＬ装置等のデバイスは、ノート型コンピュータ及び携帯電話等の電子機器に設けられる。だだし、これら電子機器は、上記のノート型コンピュータ及び携帯電話に限られる訳ではなく、種々の電子機器に適用することができる。例えば、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びエンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に適用することが可能である。
【００６５】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態による液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図３】吐出ヘッドの主要部の一部を示す透視図である。
【図４】圧電体素子を作動させるための駆動信号の基本波形を示す図である。
【図５】圧電体素子の液滴吐出時における動作を示す図である。
【図６】有機ＥＬ装置の構成の一例を示す断面図である。
【図７】液晶表示装置の構成の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
ｃ…引込部（第１波形部）、  ｈ…保持部（第２波形部）、  ｄ…押出部（第３波形部）、  Ｄ…液滴、  ＩＪ…液滴吐出装置、  Ｐ、３１１…基板、  Ｖｂ…最低電位（所定電位）、  Ｖｃ…中間電位（基準電位）、  Ｖｈ…最大電位（保持電位）、Ｖｂｃ…電位差（第１電圧）、  Ｖｂｈ…電位差（第３電圧）、  Ｖｃｈ…電位差（第２電圧）、  ２０…吐出ヘッド（ヘッド、液滴吐出ヘッド）、  ２６…制御装置（信号制御装置）、  １２１…キャビティ、  １５０…圧電体素子（圧力発生素子）、  ３０１…有機ＥＬ装置（デバイス）、  ３５２…正孔注入／輸送層（薄膜）、  ３５３…発光層（薄膜）
【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５】
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【図６】
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【図７】
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