(57)【要約】【課題】経時的に不吐出や大きく吐出ずれを発生させるランダム吐出を起こすノズルを検出すること。【解決手段】ノズルからインクを吐出するための吐出電圧を設定する設定工程と、設定した吐出電圧でノズルからインクを吐出させる吐出工程と、吐出されたインクの液滴痕を検出する検出工程と、液滴痕の有無を検知し、記憶する記憶工程と、液滴痕が検出されなかった不吐出のノズルに対して、不吐出のノズルの周囲の前記インクを吐出した吐出ノズルで、吐出の補完を行う設定する補完工程と、を含む、インクの塗布方法を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルからインクを吐出するための吐出電圧を設定する設定工程と、
前記設定した吐出電圧で前記ノズルから前記インクを吐出させる吐出工程と、
前記吐出された前記インクの液滴痕を検出する検出工程と、
前記液滴痕の有無を検知し、記憶する記憶工程と、
前記液滴痕が検出されなかった不吐出のノズルに対して、前記不吐出のノズルの周囲の前記インクを吐出した吐出ノズルで、吐出の補完を行う設定する補完工程と、を含む、
インクの塗布方法。
【請求項２】
前記設定工程では、
前記吐出電圧と、全ノズルに対する吐出ノズル数の割合である吐出率との関数の交会点の吐出電圧Ｖ１とし、
前記吐出電圧と、前記インクの着弾痕の塗布位置のばらつきとの関数における交会点の吐出電圧Ｖ２とし、
前記吐出電圧Ｖ１以上、前記吐出電圧Ｖ２以下に、前記吐出電圧の設定とする請求項１記載のインクの塗布方法。
【請求項３】
前記設定工程では、
前記吐出電圧を上げながら前記インクを吐出させたときに、前記ノズルからの液滴の吐出率が飽和したときの不吐出ノズル数をＮ個としたとき、前記Ｎ個の２倍の不吐出数２Ｎとなる時の前記吐出電圧を吐出電圧Ｖ３とし、
前記吐出電圧を上げながら前記インクを吐出させたときに、前記ノズルから吐出された着弾痕の塗布位置のばらつきが飽和したときのばらつきをＭとし、前記ばらつきＭよりもばらつきが１０％大きいばらつきになるときの前記吐出電圧を吐出電圧Ｖ４とし、
前記吐出電圧Ｖ３以上、前記吐出電圧Ｖ４以下に、前記吐出電圧を設定する請求項１記載のインクジェット方法によるインクの塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクの塗布方法に関する。特に、インクジェット方法を用いて、デバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方法は、複数のノズルが配列されたインクジェットヘッドから液滴を吐出させることでプリントを行う。近年におけるインクジェット方法の利用は、通常のプリンタだけではなく、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）、液晶表示装置、配向膜、カラーフィルタ等の薄膜デバイスの形成など、産業用分野においてインクジェットプリンタが利用されている。
【０００３】
薄膜デバイス形成において、インクジェットヘッドから導電膜などの形成材料や有機ＥＬ発光材料などを所定の場所に必要な量だけ基板上に吐出させて、基板上へデバイスを形成させる。このとき、基板上へ塗布する塗布量がデバイスの性能を左右するため、均一な塗布量を塗布する必要がある。そのために、インクジェットヘッドにおいて、各ノズルからの塗布液の吐出量が均一に吐出されることが求められる。
【０００４】
インクジェットヘッドから液滴を吐出するとき、各ノズルに備えられた各圧電素子に駆動電圧を印加して液滴を吐出させる。このとき、一定量の液滴が吐出するように、各圧電素子に印加する電圧を調整する。この印加電圧の調整によって、吐出する液滴量の均一化を図っている。
【０００５】
しかしながら、ノズルの表面汚れ、ノズル穴形状の変形、あるいは、インクジェットヘッド内部への異物や気泡の混入によって、吐出状態が不安定になり、所定の位置から大きくずれた位置に、液滴が着弾する。また、目詰まりして吐出されない場合が発生することもある。
【０００６】
薄膜デバイス形成時に不吐出や吐出位置の大きなずれが発生した場合、薄膜デバイスの特性が悪化し、品質不良となってしまう。したがって、デバイス作製中にインクジェットヘッドのノズルから吐出される液滴が不吐出になる。または、吐出位置に、大きなずれが発生しないように対応する必要がある。
【０００７】
そこで従来、吐出しない不吐出ノズルをあらかじめ検出し、不吐出が検出された場合、ヘッドのクリーニングを、施す。または、不吐出ノズルを使わずに、他のノズルで液滴量を補完することで所定の塗布を行うことが提案されている。
【０００８】
たとえば、特許文献１には、インクジェットヘッドからセルフテストパターンを印刷し、不吐出となったノズルに対して、改行して２回目に不吐出となったノズルの部分に対して、吐出ノズルでインクを吐出させることで、不吐出ノズルの補完を行う方法が提案されている。
【０００９】
特許文献２では、薄膜デバイスであるカラーフィルタの画素パターンを印刷する前に、カラーフィルタ画素パターンが形成された領域の直前で、異常検出用のパターンでインク塗布する。その結果から、吐出不良ノズルをあらかじめ検出する。吐出不良ノズルを有するヘッドのクリーニングや交換を行い、不良を未然に防ぐことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２２６９８２号公報
【特許文献２】特開平９−１０１４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１記載の不吐出ノズルの検出方法では、セルフテストパターンを印刷して吐出状態が不吐出であるか判断する。判断の結果により、塗布を開始する。しかし、インクジェットヘッドのノズル穴の形状のゆがみ、表面の汚れ、あるいは、ノズル内への異物や気泡により、長時間塗布作業を行った時に、経時的な吐出状態の変動が生じる。結果、途中で、不吐出になる。または、吐出状態が不安定で塗布位置が大きくずれて、吐出不良となる場合がある。途中で不吐出となるノズルは、初期には検出できない。
【００１２】
よって、長期的に印刷を行うと、問題なく液滴を吐出していたノズルが、突然、吐出不良となる場合がある。
【００１３】
特許文献２の不吐出ノズルの検出方法では、カラーフィルタを印刷する領域の直前で異常吐出パターンを塗布する。吐出不良を検出するわけであるが、異常吐出パターンの塗布時に、問題なく吐出がされていても、経時的に、吐出状態の不安定なノズルが、なんらかのきっかけで吐出不良を起こし、カラーフィルタの印刷時に不吐出になる。または、塗布位置が大きくずれて不良となってしまう場合がある。
【００１４】
また、毎回、異常吐出パターンの印刷確認を実施すると、生産タクトの低下やカラーフィルタ形成用のインクを不吐出の検査で無駄に消費してしまう。また、ヘッドのノズル自体に異常がある場合、ヘッドのクリーニングで吐出が安定させるが、安定しない場合もある。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、インクジェットヘッドのノズルから吐出される液滴の吐出不良の検出において、経時的に、吐出不良となるノズルを検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、ノズルからインクを吐出するための吐出電圧を設定する設定工程と、設定した吐出電圧でノズルからインクを吐出させる吐出工程と、吐出されたインクの液滴痕を検出する検出工程と、液滴痕の検出の有無を検知し、記憶する記憶工程と、液滴痕が検出されなかった不吐出のノズルに対して、不吐出のノズルの周囲のノズルで吐出の補完を行う設定する補完工程と、を含むインク塗布方法を用いる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のインクジェット方法によれば、長期間に渡って吐出動作をさせた時に、ランダムに吐出不良が発生するノズルを、あらかじめ検出することができる。吐出不良の発生を抑えることで、長期間、安定したインクジェットの吐出を実現することが可能となる。また、不良の少ない高品質な印刷をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明における吐出不良ノズル検出のフローチャートを示す図
【図２】本発明における吐出電圧と吐出速度との相関を示す図
【図３】本発明における吐出電圧と吐出率を示す図
【図４】本発明における吐出電圧と吐出ばらつきを示す図
【図５】本発明における液滴吐出のための電圧出力信号を示す図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態における吐出電圧と吐出率を示す図、（ｂ）本発明の実施の形態における吐出電圧と吐出ばらつきを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。また、本発明は下記、実施の形態により限定されない。
【００２０】
まず、現象を説明する。図１は、インクジェット装置において、インクを吐出するためにヘッドに印加する吐出電圧と、インクの吐出速度と、の相関を示した図である。ヘッドに印加する印加電圧は、図２に示すような波形である。図２は、印加電圧の時間変化を示す図である。
【００２１】
この時、図１の吐出電圧は、印加電圧の最も低い値と最も高い値との差の差電圧Ｄのことを指す。差電圧Ｄ（吐出電圧）を変えて、吐出状態の変動を確認した。その結果が、図１である。
【００２２】
図１に示すように、吐出電圧が高くなるに従い、吐出速度も早くなる。ここで、通常の吐出状態を形成するノズルでは、ａ線のような挙動を示す。このとき、経時的にランダムに吐出不良を起こすノズルの挙動を調べると、ｂ線のような挙動を示す。
【００２３】
これは、インクジェットヘッドのノズルの穴がいびつであったり、強固な汚れがノズル付近に付着していたり、ノズル内部に異物や気泡が混入しているなどの理由で、吐出電圧を加えて液滴を吐出させようとした時に、これらが抵抗となって、吐出を妨げるように働くために吐出速度が低下すると考えられる。
【００２４】
ここで、通常の吐出状態を形成するノズルのすべてが、ａ線のような挙動を示すわけでなく。不良ノズルのｂ線も、ばらつきがあり、簡単に、吐出不良を起こすノズルを判定できるわけではない。
【００２５】
この結果から、ランダムな吐出不良を起こすノズルは、連続して安定した吐出状態を維持できるノズルに対して、同じ吐出電圧を印加しても吐出速度が遅い。そのため、吐出状態が不安定となり、時々、吐出状態が不安定になり吐出位置が大きくばらつく。
【００２６】
通常の吐出状態を形成するノズルにおいて、図１の吐出電圧Ｖ０以上でないとノズルから液滴の吐出がされない。よって、吐出電圧Ｖ０以上の電圧を印加する。このとき、吐出電圧Ｖ０の電圧では吐出速度Ｘ１が遅く、吐出が不安定であり、不吐出のノズルも多く発生するので吐出状態が不安定なノズルを検出できない。
【００２７】
そこで、まず、全ノズルから液滴が吐出される吐出電圧Ｖ１１以上の設定をする。このとき、全ノズルから液滴が吐出されても、吐出速度Ｘ２が十分でないため、吐出された液滴のふらつきが生じ、液滴吐出後の液滴が着弾する位置が大きくずれる場合が発生する。吐出速度Ｘ２の前後で、吐出状態が変わる。
【００２８】
そこで通常、吐出安定性を図るために、全ノズルから吐出したときの吐出電圧Ｖ１１以上の吐出電圧Ｖ１２を適宜調整して吐出をおこなう。このとき、ランダムな吐出不良を発生させるノズルのｂ線においても、吐出電圧Ｖ１２が印加される。通常のノズルの吐出速度Ｘ３に比べ、吐出速度は遅いが、吐出速度Ｘ２よりも高いため、通常のノズルと吐出の状態がほとんど変わらない。結果、識別がつかない。
【００２９】
しかしながら、ランダムな吐出不良を発生させるノズルでは、ノズルの表面の汚れや微小な液滴の付着やノズルへの異物混入など何らかの影響で吐出状態が変化したとき、不吐出や大きな着弾ずれを発生させる。このとき、全ノズルの吐出速度を計測して、１ノズルずつ吐出電圧と吐出速度との相関を調査すれば、ある程度判断がでる。しかし、ノズル数が例えば、１００００ノズル以上の膨大な数のノズルの全数検査は膨大な時間がかかり現実的ではない。
【００３０】
そこで、吐出電圧を以下に示すステップで調整し、ランダムな吐出を発生させると推定されるノズルを、不良ノズルとする。このことで、簡易的かつ高速に、ランダム不吐出を起こすノズルを除外できる。
【００３１】
本発明のインクジェット方法における吐出不良ノズルの検出方法は、図３のフローチャートに示す。
【００３２】
吐出電圧と吐出率との相関調査を行う第一のステップＳ１と、吐出電圧と吐出ばらつきとの相関調査を行う第二のステップＳ２と、第一のステップＳ１と第二のステップＳ２の結果から吐出電圧を調整し、全ノズルから液滴を吐出させる第三のステップＳ３と、第三のステップＳ３で吐出されたノズルからの液滴痕を検出し、不吐出となったノズルを検出する第四のステップＳ４とを含む。
【００３３】
このフローチャートにおいて、第四のステップＳ４で不吐出となったノズルが、経時的にランダムな吐出不良となるノズルであり、このステップを踏めば容易に抽出することができる。
【００３４】
・  第一のステップＳ１
第一のステップＳ１では、吐出電圧と吐出率との相関を調査する。この調査結果から、ランダムに吐出不良を発生させる吐出電圧の下限値を決定する。
【００３５】
図４は、吐出電圧と吐出率との相関を示す図である。ここで、吐出率とは、全ノズル数に対して、実際にインクが吐出しているノズル数の割合である。
【００３６】
吐出電圧を０から徐々に上げいくと、吐出電圧Ｖ０の電圧でノズルからインクが吐出し始める。さらに吐出電圧を上げて行くことで急激に吐出率が高くなり、あるところで吐出率が飽和し一定値に近づく。この曲線の交会点を図４に示している。吐出電圧Ｖ１の位置である。この吐出電圧Ｖ１以上かけることにより、不吐出ノズルを判別できる。
【００３７】
ここで、交会点は、曲線の両端部の直線部分をそれぞれ延ばした直線が交わるところである。
【００３８】
また、吐出電圧が高い場合の飽和した吐出率を、吐出率Ａ１とし、その時の不吐出ノズル数をＮ個とする。吐出率Ａ１に対して不吐出ノズル数が、２倍の２Ｎ個になるときの吐出率Ａ２の吐出電圧Ｖ３は、上記交会点での吐出電圧Ｖ１と一致する。
【００３９】
吐出電圧Ｖ１、Ｖ３の電圧前後で、急激に吐出率が変化する。吐出電圧Ｖ１、Ｖ３が吐出率の交会点となる。この吐出電圧Ｖ１、Ｖ３の設定が下限値となる。これ以下の電圧に設定すると、通常の吐出の挙動を示すノズルにおいても不吐出となる確率が高くなる。よって、ランダムな吐出不良を抽出するための吐出電圧の下限値は、吐出電圧Ｖ１、Ｖ３と決定できる。
【００４０】
（２）第二のステップ
第二のステップＳ２では、吐出電圧と吐出ばらつきとの相関を調査する。この調査結果から、ランダムに吐出不良を発生させる吐出電圧の上限値を決定する。
【００４１】
図５は、吐出電圧と吐出位置のばらつきの関係を示す。図５に示すように、吐出電圧を高くして全ノズルからインクを吐出していくとき、全吐出されたインクの液滴痕の着弾位置のばらつきが低減し、ある一定のところで飽和してくる。
【００４２】
（１）と同様に、交会点を図５に示す、吐出電圧Ｖ２である。この吐出電圧Ｖ２前後で吐出状況が変化する。吐出電圧Ｖ２以上印加すると、急に、吐出ばらつきが減少し、不良ノズルが判別できない。
【００４３】
また、図５で吐出電圧が高い時に、飽和したときのばらつきを、吐出ばらつきＢ２とするとき、吐出ばらつきＢ２の１０％大きい吐出ばらつきＢ１になるときの吐出電圧Ｖ４は、ランダム吐出ノズルを検出するための上限値である上記吐出電圧Ｖ２と同じ吐出電圧値である。
【００４４】
吐出電圧Ｖ２、Ｖ４以下になると、急激に吐出ばらつきが大きくなる。吐出電圧Ｖ２、Ｖ４の電圧が、吐出ばらつきの屈曲点となる。吐出電圧Ｖ２、Ｖ４以下の電圧で吐出ばらつきが大きくなるのは、吐出速度が遅くなるため、吐出された液滴の挙動が不安定化するためである。
【００４５】
このとき、吐出速度の遅いランダム吐出ノズルにつては、吐出できる吐出電圧を下回るため不吐出化される。よって、ランダム吐出ノズルの選別を不吐出化で判別することが出来る。逆に吐出電圧Ｖ２、Ｖ４以上であると、吐出電圧が高くなり、ランダムな吐出不良を発生させるノズルを不吐出化することができなくなる。よって、よって、ランダムな吐出不良を抽出するための吐出電圧の上限値は、吐出電圧Ｖ２、Ｖ４と決定できる。
【００４６】
（３）第三のステップ
第三のステップＳ３では、第一のステップで決定した吐出電圧の下限の吐出電圧Ｖ１と第二のステップで決定した上限の吐出電圧Ｖ２から吐出電圧を調整し、全ノズルから液滴を吐出させる。吐出電圧の調整は、下限の吐出電圧Ｖ１と上限の吐出電圧Ｖ２の中間電圧か、やや下限の吐出電圧Ｖ１よりの吐出電圧に設定すればよい。
【００４７】
なお、吐出電圧Ｖ３と吐出電圧Ｖ４の間の吐出電圧でもよい。また、吐出電圧Ｖ１と吐出電圧Ｖ４、吐出電圧Ｖ３と吐出電圧Ｖ２でもよい。
【００４８】
（４）第四のステップ
第四のステップＳ４では、第三のステップで吐出された全ノズルからの液滴痕を検出し、不吐出となったノズルを検出する。液滴痕の検出方法は、画像検査方法やパターン検査方法など、液滴痕の有無が判別できる検査方法を適用すれば良い。
【００４９】
以上のステップで経時的にランダムな吐出不良を発生させるノズルを抽出し、意図的に不吐出化し、不吐出化したノズルの代わりに、隣接のノズルで補完する。このようにすることで、長期的に安定吐出ができるノズルのみを使用するため、不良の少ない高品質な印刷や、高歩留まりで欠陥のないデバイスの作製が出来る。
（実施例）
以下、インクジェットヘッドのノズルから吐出させる液滴の材料として、有機発光材料であるポリフェニレンビニレンおよびその誘導体の吐出に関して、吐出不良を検出した例を示す。
【００５０】
インクジェットヘッドとしては、ピエゾ方式で液滴を吐出させるヘッドを用いた。インクジェットヘッドから吐出させるノズルの数は、２４０００ノズルとした。２４０００ノズルから吐出される液滴において、経時的に吐出不良を発生させるノズルを抽出する。経過時間的にランダムに不吐出や着弾ずれを起こすランダム吐出を抽出するための吐出電圧は、吐出電圧と吐出率、および、吐出電圧と吐出ばらつきの相関から決定した。
【００５１】
（１）第一のステップ
図６（ａ）に示すように、吐出電圧と吐出率の相関を調査すると、交差点の吐出電圧Ｖ１は、３９．６Ｖであった。
【００５２】
また、吐出電圧を上げて行くと吐出率は９９．８８％で飽和し、そのときの不吐出ノズルは２９ノズルであった。不吐出ノズル数がその２倍の５８ノズルのときの吐出率９９．７６％となる吐出電圧も、３９．６Ｖである。よって、３９．６Ｖ以上の吐出電圧で吐出させて吐出検査すれば良いことが確認できた。
【００５３】
（２）第二のステップ
また、図６（ｂ）に示すように、吐出電圧と吐出ばらつきの相関を調査すると、交会点の吐出電圧Ｖ２は、４０．２Ｖであった。
【００５４】
また、電圧を上げ飽和した時の吐出ばらつき３σ（σはインクジェットヘッドから吐出された２４０００ノズルからの液滴の目標着弾位置から、実際に着弾された位置とのずれ量の標準偏差）が、７μｍであった。吐出ばらつき３σが７μｍよりも１０％大きいばらつき３σが７．７μｍのときの吐出電圧も、上記交差点の吐出電圧Ｖ２の４０．２Ｖであった。したがって、４０．２Ｖ以下の電圧で吐出させて吐出検査をすれば良いことが確認できた。
【００５５】
（３）第三のステップ
以上の調査結果から、吐出電圧を３９．６〜４０．２Ｖの設定で吐出検査を実施すれば、経時的に吐出不良を発生させるノズルを抽出することができる。そこで、吐出電圧を３９．９Ｖに設定した。
【００５６】
（４）第四のステップ
吐出電圧を３９．９Ｖで吐出させた。不吐出となるノズルを抽出した。その後、連続して液滴の吐出を連続１００回以上行って、吐出された液滴の液滴痕を確認した結果、最初に不吐出として抽出したノズルを除くと、新たに不吐出となったノズルや、吐出された着弾痕の位置が大きくずれたノズルは発生しなかった。
【００５７】
以上の結果から、経時的に長期間安定吐出のみを行えるノズルを抽出することで、デバイス作製において、高歩留まり、高品質の製造をおこなうことができる。
【００５８】
なお、使用すべき吐出電圧の範囲は、ばらつきを考慮して±１．０Ｖである。好ましくは、±０．５Ｖである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本願のインクジェット方法によるデバイスの製造方法は、各種デバイスの製造に、インクジェット方法を用いる場合に利用できる。
【符号の説明】
【００６０】
Ｄ  差電圧
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３  吐出速度
Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４  Ｖ１１、Ｖ１２  吐出電圧
Ａ１、Ａ２  吐出率
Ｂ１、Ｂ２  吐出ばらつき
【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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