(57)【要約】【課題】  インクジェット装置等の液滴吐出装置において、精度よく液滴吐出を行う。【解決手段】  基板の目標位置に向け、吐出ヘッドから液滴を吐出させるとともに、当該液滴進むべき軌道を円筒状のレーザー光で取り囲む。これにより、吐出ヘッドから吐出された液滴の進路が所定の軌道から外れたとしても、液滴はレーザー光に跳ね返され、基板上の目標位置に着弾させることができる。【選択図】        図２
2004276591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を基板に向けて吐出する吐出ヘッドと、
前記吐出ヘッドから吐出された液滴が所定の軌道から外れた場合に該液滴を所定の軌道に戻す方向のエネルギーを該液滴に与える軌道修正手段と
を有する液滴吐出装置。
【請求項２】
前記エネルギーは、光エネルギーであることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記軌道修正手段は、前記光エネルギーによって発生する光圧で前記液滴を駆動することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記軌道修正手段は、前記光エネルギーを前記液滴または前記軌道上の雰囲気が吸収することによって発生する分子の運動エネルギーで前記液滴を駆動することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記液滴は、前記光エネルギーを吸収して熱に変換する光熱変換材料を含有することを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
前記軌道修正手段は、前記液滴の所定の軌道を取り囲むように光束を出射する手段を有することを特徴とする請求項２乃至５に記載の液滴吐出装置。
【請求項７】
前記光束を出射する手段は、レーザー光源を有することを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
前記軌道修正手段は、光束を回折させることによって得られた面状の光束を用いて前記液滴の所定の軌道を取り囲むことを特徴とする請求項６または７に記載の液滴吐出装置。
【請求項９】
前記軌道修正手段は、光束を回折させることによって得られた円筒状の光束を用いて前記液滴の所定の軌道を取り囲むことを特徴とする請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記軌道修正手段は、前記光束の回折像が結像する位置よりも光源に近い位置で、前記光束で取り囲まれた領域の中に前記液滴を吐出することを特徴とする請求項８または９に記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
光束を透過可能な基板を用いる場合には、前記光束を該基板に対して前記吐出ヘッドと反対方向から出射することによって前記液滴の所定の軌道を取り囲むことを特徴とする請求項６乃至９に記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
前記光束を出射する手段は、
前記液滴の吐出信号から該液滴が前記光束または該光束の反射光束を横切るタイミングを知る手段を有し、
前記タイミングで前記光束の強度を弱める、または、照射を停止する手段を有する
ことを特徴とする請求項８乃至１０に記載の液滴吐出装置。
【請求項１３】
前記液滴の吐出される時期に前記吐出ヘッドの吐出口を開放する開閉手段を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１４】
前記液滴が連続して吐出される場合には、前記吐出ヘッドの吐出口を開放し続けることを特徴とする請求項１３に記載の液滴吐出装置。
【請求項１５】
前記吐出ヘッドを覆う囲いを有し、
前記囲いには前記吐出ヘッドから吐出された液滴を通過させる孔が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１６】
前記吐出ヘッドおよび前記基板を密閉する密閉器と、
前記密閉器内を減圧する減圧手段と
を有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれかに記載の液滴吐出装置を備え、該液滴吐出装置を用いて印刷を行う印刷装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１６のいずれかに記載の液滴吐出装置を用いて印刷を行う印刷方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１６のいずれかに記載の液滴吐出装置を用いて配線を印刷した配線基板を備えた電気光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を基板に向けて吐出する液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスや紙フェノールの基板に対して、液体インク等の液体材料を液滴として吐出させ、当該基板上に液体材料をパターン印刷する装置（液滴吐出装置）が種々の技術分野で用いられている。近年では、金属を拡散した溶液を基板に向けて吐出することにより、基板上に電気回路の配線をパターン印刷するという用途も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６１０４８号公報
【０００４】
液滴吐出装置では、液滴を吐出する吐出ヘッドを基板の上方に設け、基板上の目標位置に向けて液滴を吐出させていく。このとき、吐出ヘッドと基板との相対位置を適宜調整しながら液滴を吐出することにより、パターン印刷することができる。
【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、これまでの液滴吐出装置では、液滴が固化して吐出ヘッドの吐出口が詰まることによって予期しない方向に液滴が吐出されてしまったり、正常に吐出された液滴が空気抵抗による力を受けて進路が曲げられてしまうことがあった。この結果、本来の目標位置と異なる位置に液滴が着弾してしまい、電気回路の配線パターンミスといった問題を引き起こしていた。また、金属の拡散溶液等は一般に高価であるから、無駄に消費されることは避けるべきである。
【０００６】
空気抵抗の影響を回避する方法の１つとして、基板と吐出ヘッドの間隔（プラテンギャップ）を短くする方法があるが、この方法は、基板の形状に起伏がある場合は採用できない。また、使用する液体材料の重量（インク重量）が小さい場合は、空気抵抗を受けやすいから、プラテンギャップを短くしても空気抵抗の影響を回避する効果が得られにくい。
本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、位置精度よく基板上に液滴を吐出する技術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】
上述の課題を解決するために、本発明は、液滴を基板に向けて吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドから吐出された液滴が所定の軌道から外れた場合に該液滴を所定の軌道に戻す方向のエネルギーを該液滴に与える軌道修正手段とを有する液滴吐出装置を提供する。
この液滴吐出装置によれば、吐出ヘッドから吐出された液滴が所定の軌道から外れた場合に液滴を所定の軌道に戻す方向のエネルギーが液滴に与えられる。これによって、基板上に液滴を高い精度で着弾させることができる。
ここで、前記エネルギーは光エネルギーであることが好ましい。この液滴吐出装置によれば、光エネルギーを用いて液滴を所定の軌道に戻す方向のエネルギーが液滴に与えられる。
さらに好ましくは、前記軌道修正手段は、前記光エネルギーによって発生する光圧で前記液滴を駆動することを特徴とする。
あるいは、前記軌道修正手段は、前記光エネルギーを前記液滴または前記軌道上の雰囲気が吸収することによって発生する分子の運動エネルギーで前記液滴を駆動するものであってもよい。さらに好ましくは、前記液滴は、前記光エネルギーを吸収して熱に変換する光熱変換材料を含有することを特徴とする。これによって、光エネルギーの変換効率が向上する。
【０００８】
また、上述の液滴吐出装置において、好ましくは、前記軌道修正手段は、前記液滴の所定の軌道を取り囲むように光束を出射する手段を有することを特徴とする。これによって、いずれの方向に液滴の進路が外れた場合にも、液滴を所定の軌道に戻すことができる。
また、高密度に構成された吐出ヘッドでは高い集光特性が要求されるため、前記光束を出射する手段はレーザー光源であればさらに好ましい。
また、前記軌道修正手段は、光束を回折させることによって得られた面状の光束を用いて前記液滴の所定の軌道を取り囲む構成とすることが好ましい。
この液滴吐出装置によれば、すき間のない光束を用いることにより、液滴の着弾の精度を高めることができる。また、液滴の軌道を取り囲むために多数の光源を設ける必要がなくなる。
さらに、前記軌道修正手段は、光束を回折させることによって得られた円筒状の光束を用いて前記液滴の所定の軌道を取り囲む構成とすることが好ましい。
この液滴吐出装置によれば、液滴が円筒状の光束によって常に円筒の中心方向に押し戻される。これによって、基板上に液滴を高い精度で着弾させることができる。
【０００９】
ところで、光束が結像する位置（ではレーザー光のエネルギー密度が最も高くなっているため、この位置を液滴が通過した場合、液滴がレーザー光からの作用によってはね返されたり、あるいは溶媒の蒸発によって体積が減少してしまうおそれがある。そこで、前記軌道修正手段は、前記光束の回折像が結像する位置よりも光源に近い位置で、前記光束で取り囲まれた領域の中に前記液滴を吐出する構成とすることが好ましい。これによって、液滴がレーザー光の影響を受けにくくすることができる。
また、光束を透過可能な基板を用いる場合には、前記光束を該基板に対して前記吐出ヘッドと反対方向から出射することによって前記液滴の所定の軌道を取り囲むことが好ましい。このような構成によれば、液滴が光束を横切ることがないため、液滴が光束を横切ることの影響を考慮する必要がなくなる。
また、別の好ましい態様において、前記光束を出射する手段は、前記液滴の吐出信号から該液滴が前記光束または該光束の反射光束を横切るタイミングを知る手段を有し、前記タイミングで前記光束の強度を弱める、または、出射を停止する手段を有することを特徴とする。これによって、液滴が光束を横切ることによる影響を受けないようにすることができる。
【００１０】
また、前記液滴の吐出される時期に前記吐出ヘッドの吐出口を開放する開閉手段を有する構成とすることも好ましい。
この構成によれば、ヘッド部の移動により発生する気流や、装置の構成素子の発熱などに起因するノズルにおける溶液の乾燥を抑制することができる。
さらに、前記液滴が連続して吐出される場合には、前記吐出ヘッドの吐出口を開放し続ける構成とすることが好ましい。この構成によれば、液滴の吐出が続く場合には、ノズルが開放され続けるから無駄な開閉動作を省くことができ、開閉動作が遅い圧電素子を用いる場合に好適である。
【００１１】
また、前記吐出ヘッドを覆う囲いを有し、前記囲いには前記吐出ヘッドから吐出された液滴を通過させる孔が設けられている構成とすることも好ましい。この構成によれば、ノズルおよび吐出管の乾燥を抑制することができる。また、液滴が気流で押し流され基板上の所定の位置と異なる位置に付着することを防ぐことができる。
また、前記吐出ヘッドおよび前記基板を密閉する密閉器と、前記密閉器内を減圧する減圧手段とを有する構成とすることも好ましい。
この構成によれば、飛翔空間における気流の発生を抑制される。これによって、液滴を基板上の所定の位置に着弾させることができる。
【００１２】
また、本発明は、上述の液滴吐出装置を備えた印刷装置、あるいは上述の液滴吐出装置を用いた印刷方法を提供する。この印刷装置または印刷方法によれば、例えば、金属粒子を拡散した溶液を用いて基板上に配線を印刷することができる。また、このようにして作成された配線基板は、電気光学装置の構成要素として用いることが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板上に液滴を高い精度で着弾させることができる。さらに、円筒状の光束を用いることにより、飛翔する液滴の周囲をすき間なく取り囲むことができ、着弾の精度を高めることができる。また、ヘッド部の移動により発生する気流や、装置の構成素子の発熱などに起因するノズルにおける溶液の乾燥を抑制することができる。また、液滴が気流で押し流され基板上の所定の位置と異なる位置に付着することを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いながら本発明に係る実施形態の内容を説明する。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係るインクジェット装置（液滴吐出装置）１０の斜視図である。図１に示すように、インクジェット装置１０は、液滴を基板９に対して吐出するヘッド部２０を備えている。ステージ１２は、紙フェノールやガラス等の薄板である基板９をセットするための載置台である。ここで、ヘッド部２０はスライダ３１によりｘ方向に移動でき、ステージ１２は、スライダ３２によりｙ方向に移動できるように構成されている。これにより、ヘッド部２０と基板９との相対位置の調整が行われ、基板９の任意の位置に液滴を吐出することができる。
【００１５】
図２は、インクジェット装置１０のヘッド部２０の構成を概略的に示した図である。図２に示す制御部５は、インクジェット装置１０の各部の動作を統括する部分であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、このＣＰＵで用いられるプログラムを記憶した記憶部等を有している。
タンク３には、液体材料として、マイクロカプセル化した状態の銀粉をｎ−テトラデカン（Ｃ14Ｈ30）で拡散した溶液（以下、銀拡散溶液という）が格納されている。ヘッド部２０には、図示のように複数の吐出ヘッド２５が設けられており、吐出ヘッド２５の周囲にはレーザー装置２１が設けられている。タンク３に格納された銀拡散溶液は、配管４を介して吐出ヘッド２５に供給され、その後、吐出ヘッド２５から液滴として吐出される。本実施形態においては、吐出ヘッド２５から吐出される液滴の直径は１μｍ程度である。なお、水溶液、水分散液、有機溶液、有機分散液などからなる液滴を用いてもよい。
【００１６】
次に、図３に、吐出ヘッド２５の断面図を示す。液体室２５Ａには、配管４を通して供給された溶液が一時的に格納される。圧電体素子２５Ｂは、制御部５による制御の下、供給される駆動信号（電圧信号）のレベルに応じて自らの形状を伸縮する性質を有している。圧電体素子２５Ｂが形状を伸張した際には、液体室２５Ａに圧力が加えられ、この加圧により、液体室２５Ａ内の液体材料がノズル２５Ｅから液滴として吐出される。ノズル詰まり等のない正常なノズル２５Ｅからは、真下、すなわち、基板９の表面に対し垂直な方向に向けて、液滴が吐出される。
なお実際のヘッド部２０は、このような吐出ヘッド２５を１２個（６個×２列）備えており、制御部５により吐出ヘッド２５の各々に駆動信号が供給される。
【００１７】
次に、レーザー装置２１について説明する。図４に、レーザー装置２１の構成図を示す。レーザー駆動回路２１Ａは、制御部５による制御の下、印加される電圧のレベルに応じた電流をレーザー２１Ｂに流す。レーザー２１Ｂは、レーザーダイオード等の半導体レーザーであり、流れる電流の量に応じた強度のレーザー光を出射させる。そして、レーザー２１Ｂから出射されたレーザー光は、レンズ２１Ｅにより集光された後、直線レーザー光として出力される。このレーザー光は、基板９の表面に垂直に照射される。
なお、レーザー２１Ｂから出射されたレーザー光の一部は、モニタダイオード２１Ｃに供給される。モニタダイオード２１Ｃは、受光したレーザー光の強度に応じた電圧信号を、レーザー駆動回路２１Ａに帰還する。このように、レーザー駆動回路２１Ａ、レーザー２１Ｂおよびモニタダイオード２１Ｃで帰還回路を構成し、レーザー２１Ｂから出射されるレーザー光のレベルを一定に制御している。
上述したレーザー装置２１は、個々の吐出ヘッド２５を取り囲むようにして配設されている。図５は、ヘッド部２０の底面図である。同図に示すように、吐出ヘッド２５のノズル２５Ｅの位置を取り囲むようにして、レーザー装置２１のレンズ２１Ｅが配設されている。
【００１８】
図６は、ヘッド部２０から、液滴の吐出およびレーザー光の出射を行った場合の、液滴およびレーザー光の進路方向（軌跡）を図示したものである。なお、図６では、１つの吐出ヘッド２５および当該吐出ヘッド２５の周りに配設したレーザー装置２１について示している。
ノズル２５Ｅに詰まりが発生しておらず、また、空気抵抗の影響が無視できるとすれば、図６に示すように、ノズル２５Ｅから吐出された液滴は、基板９の目標位置に落下（着弾）する。ここで、目標位置９Ｚは、ヘッド部２０とステージ１２との相対位置調整によって調整されるものである。
【００１９】
一方、図７は、ノズル２５Ｅの詰まりや空気抵抗の影響等により、液滴の進路が曲げられてしまう場合を図示したものである。
図７に示すように、液滴の進路方向は、基板９の目標位置９Ｚとは別の方向に反れることになるが、当該液滴はレーザー光のいずれかと衝突する。そして、この衝突により、液滴は跳ね返されて、その進路が変更され、基板９の目標位置９Ｚに正確に着弾される。なお、図７では、液滴とレーザー光が１回だけ衝突した例を図示したが、さらに多くの衝突を繰り返した後、最終的に液滴は目標位置９Ｚに着弾する場合もある。
【００２０】
ここで、液滴がレーザー光から受ける作用について説明する。液滴は、レーザー光で取り囲まれた空間を飛行中に以下に示す２種類の作用を受ける。
（１）光圧（光子衝突の反作用）
（２）光熱変換の熱エネルギーによる液体の蒸発の反作用
（１）の作用は、液滴の直径が微小な場合に顕著な効果を発揮する。この場合、レーザ
ー光の波長は液滴の種類に応じて最適化することが必要となり、液滴に吸収されにくい波長を使用する。例えば、波長３５５ｎｍあるいは１０６４ｎｍのＹＡＧ（Yttrium-Aluminum-Garnet）レーザー、波長５００ｎｍのＡｒレーザーなどを用いる。なお、（１）の作用は、例えば液滴が減圧下で飛行中に溶媒が蒸発して、液滴の直径が微小になった場合にも効果を発揮する。
（２）では、液滴がレーザー光に接近すると、レーザー光の熱エネルギーにより、液滴のレーザー光に近い部分、または、液滴の軌道上の雰囲気の温度が上昇し、分子が気化する。そして、気化する際に発生する分子の運動エネルギーにより、レーザー光から遠ざかる方向に進路が変更される。（２）の作用は、例えば波長１０μｍ程度のＣＯ2レーザーのように、比較的長い波長のレーザー光を使用した場合に顕著な効果を発揮する。この場合、インク溶媒中に当該波長のレーザー光を吸収して熱に変換する染料等の光熱変換材料を混入することによって、さらに大きな効果を得ることができる。
【００２１】
さて、本実施形態においては、レーザー光とレーザー光の間にすき間があるが、隣り合うレーザー光の間から液滴がすり抜けていくのを防止するためには、液滴の半径やレーザー光のビーム径を考慮した上で、レーザー光の間隔を決めておけばよい。この場合、液滴がレーザー光により跳ね返される現象は、気化する際に発生するエネルギーや液滴の運動量に基づいて解析することができる。このため、予めシミュレーション実験を行い、液滴がレーザー光に跳ね返される好適な条件を求めておくことにより、隣接するレーザー光の間から液滴がすり抜けることがないように設定を行うことができる。
【００２２】
このように、インクジェット装置１０によれば、吐出ヘッド２５の詰まりや空気抵抗の影響等によって液滴の進路が目標から反れた場合であっても、当該液滴は周囲のレーザー光に跳ね返されて進路変更しながら、本来の目標位置に着弾する。以上が本実施形態のインクジェット装置１０の作用である。
【００２３】
本実施形態においては、さらに以下の処理を行っている。まず、基板９に照射されたレーザー光は基板９の表面で反射されるが、基板９の表面に凹凸があるときは、レーザー光が基板９の表面で散乱されることになる。この場合、図８に図示するように、レーザー光の散乱光（反射光）によって、液滴が所定の進路とは異なる方向に跳ね返されてしまうおそれがある。
このような事態を回避するため、インクジェット装置１０の制御部５は、以下のようにして、液滴の吐出タイミングおよびレーザー光の照射タイミングを制御している。
【００２４】
図９は、１個の液滴をヘッド部２０から基板９に吐出する際の、制御部５の制御内容を示すタイミングチャートである。
まずタイミングＴＭ１において、制御部５は、吐出ヘッド２５の圧電体素子２５Ｂに駆動信号を供給し、ノズル２５Ｅから１個の液滴を吐出させる。同時に、制御部５は、レーザー装置２１のレーザー駆動回路２１Ａに駆動信号を供給し、レーザー２１Ｂからレーザー光の出射を開始させる。レーザー２１Ｂから出射されたレーザー光は、その後レンズ２１Ｅにより集光され、直線レーザー光として基板９に向かって照射される。
【００２５】
その後、液滴はタイミングＴＭ３において、基板９に着弾する。タイミングＴＭ１とタイミングＴＭ３との時間間隔は、ノズル２５Ｅと基板９との間隔Ｄを液滴の落下速度Ｖで除算することにより求められる。
制御部５は、タイミングＴＭ３よりも少し前（たとえば数マイクロ秒前）のタイミングＴＭ２で、レーザー駆動回路２１Ａに駆動信号を供給するのを止めて、レーザー２１Ｂからレーザー光が出射しないように制御する。これにより、液滴が基板９に着弾する際には、レーザー光の照射は行われなくなり、この結果、レーザー光の反射光（散乱光）による液滴の跳ね返りといった不具合は回避される。
【００２６】
また、基板９の表面状態が既知である場合は、レーザー光の反射経路（反射光の位置方向）をシミュレーション実験などを行い事前に調べておくことができる。これにより、反射光と液滴とがぶつからないように、レーザー光を照射するタイミングとしないタイミングを制御するようにしてもよい。この方法は、配線パターンや表示パネルを製造するような場合で印刷パターンが規則的であったり、ＣＡＤデータなどから形状がわかる場合に特に有効である。
以上説明したように、本実施形態によれば、基板上に液滴を高い精度で着弾させることができる。これにより、たとえば、金属粒子を拡散した溶液を用いて基板上に高い精度で配線を印刷することができる。
【００２７】
［第１実施形態の変形例］
上述の実施形態を以下のように変形することもできる。
（１）たとえば、１つの吐出ヘッド２５に対するレーザー装置２１の数は任意である。
また、図１０に示すように、隣接する吐出ヘッド２５から吐出される液滴の進行方向の修正を１つで兼用するレーザー装置２１（図ではレンズ２１Ｅのみを示す）を設けてもよい。
また、液滴の進行方向ずれ（反れ）の方向が一定方向に限定されるような場合は、当該方向にだけレーザー光照射をするようにレーザー装置２１を設けてもよい。
（２）液滴の進行方向と、レーザー光の進行方向は平行でなくてもよい。図１１に示すように、基板９の目標位置９Ｚを取り囲むようにレーザー光の照射をすれば、上述実施形態と同様、液滴が目標位置９Ｚに着弾することになる。
【００２８】
（３）また、液滴が基板９に着弾する際に、レーザー光の出射をしないように制御するのではなく、レーザー光のレベルを低下させるように制御してもよい。これによって、照射するレーザー光の散乱光（反射光）による液滴の跳ね返りを生じにくくすることができる。
（４）液体材料として、銀以外の金属粉を拡散した溶液を用いてもよい。すなわち、液滴吐出することにより基板９上に導電膜を形成できれば、銀以外の銅や鉄の拡散溶液であってもよい。また、金属を拡散することができる溶液であれば、ｎ−テトラデカン（Ｃ14Ｈ30）以外の溶液であってもよく、たとえば、水やアルコール溶液であってもよい。
【００２９】
（５）図１２に示すように、吐出ヘッド２５（ノズル２５Ｅ）からみて斜下の位置に目標位置９Ｚがあってもよい。この場合、目標位置９Ｚの周りにレーザー光の照射をするようにしておけば、液滴は、レーザー光との衝突を繰り返しながら、結果的に、目標位置９Ｚにたどり着くことになる。なお、本変形例においては、レーザー光の反射光により液滴の進路が妨げられるような問題はないから、液滴着弾時においてレーザー光の照射を行わないように制御する必要はなくなる。
（６）本実施形態に係るインクジェット装置１０は、タンク３に格納される液体材料を液滴として、基板９に位置精度よく吐出させることができる。このため、基板９上に電気回路のパターン配線を行う用途以外の用途に用いるようにしてもよい。たとえば、液晶表示装置において、ガラス基板（基板９）上に、色素組成物（液体材料）を液滴吐出し、カラーフィルタを形成する工程に用いることができる。また、細胞液（液体材料）を、生体膜（基板９）に位置精度よく吐出させる生物実験に適用させることもできる。
【００３０】
（７）液滴を鉛直上方に向けて出射するようにしてもよい。このようにすれば、液滴の着弾の衝撃が弱まるから、液滴が基板上を転がったり、溶液の飛沫が散らばることを防ぐことができる。
（８）液滴を所定の位置にガイドするためのエネルギーを液滴に与える手段として、レーザー光以外の手段を用いることも可能である。例えば、レーザー光でない通常の光、熱エネルギーなどを用いてもよい。また、粒子を液滴に衝突させることにより同様の効果を得ることとしてもよい。
【００３１】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図１３は、第２実施形態におけるヘッド部４０の構成を示す図である。ヘッド部４０は、第１実施形態と同様のレーザー装置２１および吐出ヘッド２５を備え、さらに、コリメータ４１、回折素子４２を備えている。レーザー装置２１から出射されたレーザー光をコリメータ４１に入射することによって平行光が得られる。さらに、この平行光を回折素子４２に入射することによって円筒状の光束が得られる。
【００３２】
ここで、回折素子４２について説明する。回折素子４２は、石英ガラスなどの透明な板に電子線ビームを用いて凹凸をつけたものである。この回折素子４２に平行光を入射することによってレーザー光に位相差が発生し、円筒状の光束を得ることができる。図１４に、代表的な３種類の解析素子を例示する。それぞれ、図中に示した位相関数に従って平行光に位相差を発生させるものである。図１４(a)はリング光の位相関数、図１４(b)はラゲール・ガウシアン関数、図１４(c)は高次ベッセル関数である。図１４(c)で光が交差する菱形の部分では干渉によって光が打ち消される。この光が打ち消された部分を用いて液滴の進路を取り囲む。また、適当な回折素子４２を組み合わせることによって、光の波長程度まで円筒の直径を小さくすることも可能である。なお、回折素子４２は、アキシコンプリズムを用いてもよい。
【００３３】
本実施形態においては、上記のようにして作成された円筒状の光束を用いて、液滴の進路の制御を行う。図１３には、図１４(a)で示したリング光を用いた例を示している。光束の円筒の中心は、基板９の液滴を着弾させるべき位置に一致させる。そして、この円筒に対して斜め上方に設けられた吐出ヘッド２５から液滴を吐出する。
ところで、光束が結像する位置（回折素子４２から距離ｚ離れた位置）ではレーザー光のエネルギー密度が最も高くなっているため、この位置で液滴がレーザー光を横切る場合、液滴がレーザー光からの作用によってはね返されたり、あるいは溶媒の蒸発によって体積が減少してしまうおそれがある。そこで、本実施形態においては、液滴を吐出する位置は、光束の結像する位置よりも回折素子寄りの位置とする。これによって、液滴がレーザー光の影響を受けにくくすることができる。
なお、液滴の吐出速度は既知であるから、この吐出速度と吐出ヘッドに供給される吐出信号とから液滴がレーザー光を横切るタイミングを算出し、このタイミングでレーザー光の強度を弱める、または、出射を停止するようにしてもよい。これによって、液滴がレーザー光を横切ることによる影響を受けないようにすることができる。
このようにして円筒状の光束内に吐出された液滴は、第１実施形態と同様に、その進路が本来の進路を外れたとしても光束によってはね返されて所望の位置に着弾する。
【００３４】
なお、以下のように構成されたヘッド部５０またはヘッド部６０を用いてもよい。
図１５は、ヘッド部５０を示す図である。レーザー装置２１から基板９に平行な方向に出射されたレーザー光は、コリメータ４１および回折素子４２を通過して円筒状の光束となる。続いて、この光束はミラー５１に入射する。ミラー５１に入射した光束は基板９に垂直な方向に進路を変えて進む。進路が変わった光束もまた円筒状を保っている。ミラー５１の中央部には液滴が通過するのに十分な直径を有する孔が開けられており、吐出ヘッド２５から吐出された液滴はこの孔を通過し、ミラー５１によって進路を変えられた光束の円筒内に落下していく。このとき、液滴は光束を横切ることとなるが、ヘッド部４０を用いた場合と同様に、光束の結像位置よりも手前の位置で液滴が光束を横切るようにすればよい。
【００３５】
図１６は、ヘッド部６０を示す図である。ステージ６１は、石英ガラス等で作成された板である。レーザー装置２１、コリメータ４１および回折素子４２は、吐出ヘッド２５から見てステージ６１の反対側に設けられている。レーザー装置２１から出射されたレーザー光は、コリメータ４１および回折素子４２を通過して円筒状の光束となる。この光束はステージ６１を通過していく。吐出ヘッド２５から吐出された液滴は、光束を横切ることがないため、液滴が光束を横切ることの影響を考慮する必要がなくなる。また、この構成によれば、ヘッド部４０あるいはヘッド部５０を用いた場合よりも吐出ヘッド２５を基板９に近づけることができるから、着弾位置の正確さを増すことができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、基板上に液滴を高い精度で着弾させることができる。これにより、たとえば、金属粒子を拡散した溶液を用いて基板上に高い精度で配線を印刷することができる。光束にすき間が生じることがないから、着弾の精度を高めることができる。また、液滴の軌道を取り囲むために多数の光源を設ける必要がなくなる。
【００３６】
［第２実施形態の変形例］
以上説明した形態に限らず、本発明を以下のように変形することも可能である。
円筒状の光束を用いる代わりに、図１７に示すように、平面状の光束の組み合わせにより四角柱状あるいは三角柱状などの光束で液滴の進路を取り囲む構成としてもよい。
また、液滴の進行方向ずれの方向が一定方向に限定されるような場合は、当該方向にだけレーザー光を照射するようにしてもよい。
また、線状の光束を円形あるいは多角形に走査するようにしてもよい。この構成によれば、円筒状あるいは多角柱状の光束を用いたのと同様の効果を得ることができる。また、所望の形状の透過光を得られる液晶シャッターを用いて、円筒状あるいは多角柱状の光束を照射するようにしてもよい。
【００３７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態または第２実施形態におけるインクジェット装置に対して、液滴を吐出するノズルの乾燥を防ぐための蓋を設けたことを特徴とする。
図１８は、本実施形態に係るインクジェット装置（液滴吐出装置）１００の斜視図である。図１８に示すように、インクジェット装置１００は、液滴を基板１３２に対して吐出するヘッド部２００を備えている。ステージ１３０は、紙フェノールやガラス等の薄板である基板１３２をセットするための載置台である。ここで、ヘッド部２００はスライダ１１２によりｘ方向に移動でき、ステージ１３０は、スライダ１２２によりｙ方向に移動できるように構成されている。これにより、ヘ−ッド部２００と基板１３２との相対位置の調整が行われ、基板１３２の任意の位置に液滴を吐出することができる。
図１９はヘッド部２００の斜視図である。ヘッド部２００は、液滴を吐出するノズル２１０を計１２個有している。また、ヘッド部２００は、このノズル２１０に対応して設けられた圧電素子２２０を、計１２個有している。この圧電素子２２０は、電圧が印加されることでＹ１方向に収縮するように形状を変化させ、閉塞されていたノズル２１０を開放する。さらに、ヘッド部２００には、駆動制御回路１４０（図１８参照）から供給される吐出駆動データにしたがって圧電素子２２０の収縮を行う電圧Ｖ１と伸長を行う電圧Ｖ０を生成するとともに液滴を吐出するための吐出信号を生成する吐出制御回路１６０が備えられている。
【００３８】
図２０は、ヘッド部２００を鉛直面で切断した断面図である。このヘッド部２００には、仕切部２５０で仕切られた空間に、吐出対象の溶液が充填された液体室２６０が設けられている。この液体室２６０は、各ノズルに対応して個々に設けられている。液体室２６０には振動板２４０が接合している。この振動板２４０は、吐出制御回路１６０から供給された吐出駆動電圧に基づく圧電素子２３０のＺ１方向の伸長により、液体室２６０を圧縮する。吐出管保持部２７０は、液体室２６０から流入する溶液をノズル２１０に導く吐出管２１２を支持する。
【００３９】
図２１は、圧電素子２２０の動作を示した図である。吐出制御回路１６０によって圧電素子２２０の印加電圧が電圧Ｖ０から電圧Ｖ１に変化すると、圧電素子２２０の長さはＬ１からＬ２に収縮し、ノズル２１０が開放される。また、圧電素子２２０の印加電圧が電圧Ｖ１から電圧Ｖ０に変化すると、圧電素子２２０の長さがＬ２からＬ１に伸張し、ノズル２１０が閉塞される。
【００４０】
図２２は、吐出制御回路１６０から供給された吐出信号と、圧電素子２２０によるノズル２１０の開閉状態変化とを示したタイミングチャートである。
時刻ｔ０において、液滴の吐出信号が立ち上がり、吐出制御回路１６０から圧電素子２２０に電圧Ｖ１が印加される。これにより、圧電素子２２０が収縮しノズル２１０が開放される（図２２中の「開」）。時刻ｔ０１において液滴が吐出されると、圧電素子２２０には電圧Ｖ０が印加され、圧電素子２２０は伸長しノズル２１０を閉塞する（図２２中の「閉」）。
【００４１】
次に、時刻ｔ１において、液滴の吐出信号が立ち上がり、吐出制御回路１６０から圧電素子２２０に電圧Ｖ１が印加される。これにより、圧電素子２２０が収縮しノズル２１０が開放される（図２２中の「開」）。時刻ｔ１２において液滴が吐出されると、圧電素子２２０には電圧Ｖ０が印加され、圧電素子２２０は伸長しノズル２１０を閉塞する（図２２中の「閉」）。
次に、時刻ｔ２において、液滴の吐出信号は立ち上がらず、吐出制御回路１６０から圧電素子２２０に印加される電圧はＶ０のままである。これにより、圧電素子２２０は伸長したままとなり、ノズル２１０が閉塞され続ける（図２２中の「閉」）。
以上説明したように、本実施形態によれば、ヘッド部の移動により発生する気流や、装置の構成素子の発熱などに起因するノズルおよびその吐出管における溶液の乾燥を抑制することができる。
【００４２】
なお、レーザー光による液滴のガイドを用いない構成としてもよい。このように構成された発明の要旨を示すと以下のようになる。
液滴を基板に向けて吐出する吐出ヘッドと、前記液滴の吐出される時期に前記吐出ヘッドの吐出口を開放する開閉手段を有することを特徴とする液滴吐出装置。
【００４３】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は、第３実施形態と異なる態様でノズルの蓋の開閉制御を行うことを特徴とする。ここでは、本実施形態の第３実施形態と異なる点について説明する。
図２３は、吐出制御回路１６０から供給された吐出信号と、圧電素子２２０によるノズル２１０の開閉状態変化とを示したタイミングチャートである。
時刻ｔ０において、液滴の吐出信号が立ち上がり、吐出制御回路１６０から圧電素子２２０に電圧Ｖ１が印加される。これにより、圧電素子２２０が収縮しノズル２１０が開放される（図２３中の「開」）。時刻ｔ０１において液滴が吐出されると、圧電素子２２０には電圧Ｖ０が印加され、圧電素子２２０は伸長しノズル２１０を閉塞する（図２３中の「閉」）。このとき、吐出制御回路１６０には、時刻ｔ１における吐出信号が供給される。吐出制御回路１６０は、時刻ｔ１における液滴の吐出があるか否かを判定し、吐出がある場合には期間ｔ０〜ｔ１の間、電圧Ｖ１を印加し続け、ノズル２１０を開放し続ける。
【００４４】
次に、時刻ｔ１において、吐出制御回路１６０から圧電素子２２０に電圧Ｖ１が印加される。これにより、圧電素子２２０の収縮が継続し、ノズル２１０は開放状態を維持する（図２３中の「開」）。このとき、この吐出制御回路１６０には、時刻ｔ２における吐出信号が供給される。吐出制御回路は、時刻ｔ２において液滴の吐出が有るか否かを判定し、吐出がない場合には時刻ｔ１２において圧電素子２２０に電圧Ｖ０を印加する。これにより、圧電素子２２０は伸長しノズル２１０を閉塞する（図２３中の「閉」）。
以上説明したように、本実施形態によれば、ヘッド部の移動により発生する気流や、装置の構成素子の発熱などに起因するノズルおよびその吐出管における溶液の乾燥を抑制することができる。また、液滴の吐出が続く場合には、ノズルが開放され続けるから無駄な開閉動作を省くことができ、開閉動作が遅い圧電素子を用いる場合に好適である。
【００４５】
なお、レーザー光による液滴のガイドを用いない構成としてもよい。このように構成された発明の要旨を示すと以下のようになる。
液滴を基板に向けて吐出する吐出ヘッドと、前記液滴の吐出される時期に前記吐出ヘッドの吐出口を開放する開閉手段を有し、前記液滴が連続して吐出される場合には、前記吐出ヘッドの吐出口を開放し続けることを特徴とする液滴吐出装置。
【００４６】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態におけるインクジェット装置８００は、第１実施形態または第２実施形態におけるインクジェット装置に対して、ヘッド部に囲いを設けた点を特徴とする。なお、本実施形態においては、ノズルの乾燥を防ぐための圧電素子は備えていない。ここでは、本実施形態の第１および第２実施形態と異なる点について説明する。
図２４は、ヘッド部７００の斜視図である。ヘッド部７００は、液滴を吐出するノズル２１０を計１２個有している。このヘッド部７００には、外気と隔てる気密性の高い囲い７２０が設けられている。この囲い７２０は、内部が中空状の囲いであり、ノズル２１０から吐出される液滴の飛翔軌道上（Ｚ１方向）に、その液滴を通す孔７３０が計１２個形成されている。
【００４７】
図２５は、ヘッド部７００をＹＺ面で切断した断面図である。ただし、図２５は、或る１つのノズル２１０に対応する部分のみを示している。ノズル２１０から吐出された液滴は、ヘッド部７００における中空空間７２２と、孔７３０から基板１３２に付着するまでの飛翔空間８１０とを通過する。
次に、ヘッド部７００の吐出駆動時における、インクジェット装置８００の作用および効果について説明する。図２６は、インクジェット装置８００のノズル２１０から吐出された液滴ｄの飛翔中の瞬間を示した図である。ここで、ヘッド部７００にはノズル２１０を覆った囲い７２０が設けられているため、ノズル２１０が、ヘッド部７００の移動による気流の発生や、装置の構成素子自体の発熱などに起因して発生した気流などにさらされることがない。これにより、ヘッド部７００のノズル２１０および吐出管２１２の乾燥を抑制できる。
【００４８】
一方で、液滴ｄは、孔７３０を通過するまで、これらの気流の影響を受け難い中空空間７２２を飛翔する。これによって、液滴が気流で押し流され基板１３２上の所定の位置と異なる位置に付着することを防ぐことができる。さらに、この孔７３０は、液滴ｄを通過させるのに十分なだけの微小な孔である。このため、中空空間７２２は、飛翔した液滴ｄの溶媒の僅かな蒸発に起因して、飛翔空間８１０より圧力が高く保たれる。これによって、ノズル２１０および吐出管２１２の乾燥が抑制される。
以上説明したように、本実施形態によれば、ノズルおよび吐出管の乾燥を抑制することができる。また、液滴が気流で押し流され基板上の所定の位置と異なる位置に付着することを防ぐことができる。
【００４９】
なお、図２７(a)に示すように、ヘッド部７００全体を囲い７４０の中に収納する構成としてもよい。また、図２７(b)に示すように、囲い７４０よりもひとまわり大きい囲い７４１を囲い７４０の外側に設ける構成としてもよい。さらに、囲いを３重あるいはそれ以上に重ねた構成としてもよい。このようにすれば、ノズル２１０近傍の圧力が飛翔空間８１０よりも高く保たれるから、ノズル２１０および吐出管２１２の乾燥が抑制される。
ノズル２１０の詰まりを防ぐための補助的な手段としては、ノズル２１０内のインクに振動を与えることが挙げられる。振動の大きさは、振動に起因してインクが吐出しない程度の大きさであることが必要である。このようにすれば、インクが振動で攪拌されるから、溶媒が多少蒸発しても固化を防ぐことができる。あるいは、溶媒にはＵＶ硬化樹脂を用いてもよい。ＵＶ硬化樹脂は紫外線を照射するとポリマーになる樹脂である。ＵＶ硬化樹脂は蒸発しにくく、また、蒸発したとしても固形分を含有していないので固化することがない。
【００５０】
なお、レーザー光による液滴のガイドを用いない構成としてもよい。このように構成された発明の要旨を示すと以下のようになる。
液滴を基板に向けて吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドを覆う囲いを有し、前記囲いには前記吐出ヘッドから吐出された液滴を通過させる孔が設けられていることを特徴とする液滴吐出装置。
【００５１】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。第６実施形態は、第５実施形態におけるインクジェット装置に対して、第３実施形態に示したのと同様の構成により囲い７２０の孔７３０を閉塞する構成としたことを特徴とする。ここでは、本実施形態の第５実施形態と異なる点について説明する。
図２８は、圧電素子１０２０を用いて囲い７２０の孔７３０を閉塞するように構成されているヘッド部１０００を示す図である。また、本実施形態における吐出制御回路は、第３実施形態における吐出制御回路１６０による圧電素子２２０の開閉制御と同様に、電圧Ｖ１またはＶ０を圧電素子１０２０に出力する構成となっている。
【００５２】
ヘッド部１０００は、液滴を吐出するノズル２１０を計１２個有している。また、ヘッド部１０００には、孔７３０を有する囲い７２０が設けられている。ヘッド部１０００は、このノズル２１０に対応して設けられた圧電素子２２０を計１２個、孔７３０に対応して設けられた圧電素子１０２０を計１２個有している。この圧電素子２２０，１０２０の各々は、電圧が印加されることでＹ１方向に収縮するように形状を変化させ、閉塞されていたノズル２１０および孔７３０を共に開放する。
【００５３】
このヘッド部１０００の圧電素子２２０，１０２０の各々は、吐出制御回路により伸縮制御される。このときの、吐出信号とノズル２１０および孔７３０の開閉状態の経時変化を図示すると図２２のようになる。
以上説明したように、本実施形態によれば、第３および第５実施形態の効果を同時に得ることができるようになる。これによって、ノズルおよび吐出管の乾燥を抑制することができる。また、液滴が気流で押し流され基板上の所定の位置と異なる位置に付着することを防ぐことができる。
【００５４】
なお、第５実施形態におけるヘッド部７００の囲い７２０の他に、さらに１つまたは複数の囲いを設けてもよい。図２９は、囲い７２０および囲い１１２０を設けたヘッド部１１００を示す図である。新たに設けた囲い１１２０には、液滴が飛翔する軌跡上に孔１１３０を設けた構成とする。このようにすれば、囲い７２０の中空空間７２２における溶媒分圧をより高く維持しておくことができる。
また、ヘッド部１１００の囲い７２０の孔７３０，囲い１１２０の孔１１３０の一方または両方に、圧電素子２２０を備え付けたものとしてもよい。
【００５５】
なお、レーザー光による液滴のガイドを用いない構成としてもよい。このように構成された発明の要旨を示すと以下のようになる。
液滴を基板に向けて吐出する吐出ヘッドと、前記液滴の吐出される時期に前記吐出ヘッドの吐出口を開放する開閉手段と、前記吐出ヘッドを覆う囲いを有し、前記囲いには前記吐出ヘッドから吐出された液滴を通過させる孔が設けられていることを特徴とする液滴吐出装置。
【００５６】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態について説明する。第７実施形態は、第３実施形態におけるインクジェット装置に対して、ヘッド部２００と基板保持台１３０とを気密性材料で密閉し、内部を減圧する構成としたことを特徴とする。ここでは、第３実施形態と異なる点について説明する。
図３０に、本実施形態にかかるインクジェット装置１２００の斜視図を示す。このインクジェット装置１２００には透明で気密性の高い密閉器１２１０が設けられており、密閉器１２１０によってヘッド部２００と基板保持台１３０とが覆われている。密閉器１２１０には、密閉器１２１０内を器外（例えば１気圧）に対して低圧状態または真空状態にするための気圧制御装置１２２０が設けられている。気圧制御装置１２２０は、減圧処理ボタン１２２２がユーザにより押下されると、内部に設けられた弁を開き、この密閉器１２１０内の空気や水分などを排出する。そして、気圧制御装置１２２０は、この空気や水分などを排出しながら、密閉器１２１０内が予め設定した真空度に達したことを検出すると、弁を閉じる。
【００５７】
真空度は、密閉器１２１０内の気体の平均自由行程がプラテンギャップと同等かそれ以上となる真空度とする。ただし、ヘッドに囲い等がある場合、囲いから基板までの最短距離をプラテンギャップとする。例えば、プラテンギャップ１０ｃｍ、温度２０°Ｃ、圧力１ｍＰａの場合、液滴が空気抵抗を受けずに飛行することができるので着弾が正確になる。なお、本実施例の液滴の体積は１００フェムトリットル程度を想定しており、大気中では数十ミクロンしか直進できない。
【００５８】
次に、インクジェット装置１２００の作用および効果について説明する。図３１は、インクジェット装置１２００のノズル２１０から吐出された液滴ｄの飛翔中の瞬間を示した図である。ここで、仮に、密閉器１２１０が設けられていない従来のインクジェット装置であれば、ヘッド部のＸ方向の移動に起因して例えばＡ方向に向かう気流が発生する。また同時に、インクジェット装置の作動時における各構成素子自体の発熱や駆動軸の摩擦熱などにより例えばＢ方向に向かう上昇気流が発生する。これらの気流の影響を受け、微小な液滴ｄは、基板１３２に対して垂直に落下するのではなく、例えばＣで示すような軌跡を辿り基板１３２に付着することがあった。
これに対して、本発明のインクジェット装置１２００では、液滴ｄの飛翔空間が低圧状態に保たれているため、気流の発生を抑制することができる。このため、このインクジェット装置１２００は、気流により流されてしまうことを抑えつつ微小な液滴ｄを落下させ、基板１３２の所定の位置に付着させることができる。
【００５９】
しかしながら、ノズル２１０が低圧状態の飛翔空間１３００中にさらされていることで、ノズル２１０および吐出管２１２に付着した溶液の溶媒が蒸発し、溶質の塊がそのノズル２１０および吐出管を狭めるという現象が生じ易くなる。このような現象の発生に伴って、液滴において所望の体積が得られなかったり、液滴の飛翔方向が変わってしまうといった問題も生じていた。
インクジェット装置１２００では、ヘッド部２００のノズル２１０が、図２２におけるノズル２１０の開閉動作に示したように、液滴ｄの吐出後に収縮した圧電素子２２０の伸長により閉塞される。このため、ノズル２１０が低圧状態の飛翔空間１３００中にさらされる時間を、液滴の吐出の前後だけに短縮することができ、ノズル２１０および吐出管２１２に付着した溶液の溶媒が蒸発し、溶質の塊がそのノズル２１０および吐出管を狭めるという現象の発生を抑制することができるようになる。
以上説明したように、本実施形態によれば、飛翔空間における気流の発生を抑制することができる。これによって、液滴を基板上の所定の位置に着弾させることができる。また、吐出口を開閉させることにより、ノズルおよび吐出管の乾燥を防ぐことができる。
【００６０】
なお、密閉器１２１０で飛翔空間を低圧に保つようにすることで、以下のような効果も得ることができる。
液滴の吐出時においては、一般に、液滴が微小になるほど、表面張力による影響が高くなると共に、圧電素子の振動に対する液滴生成反応が鈍くなり、液滴が吐出されにくくなる。
一方で、溶液の粘度を高くすると、圧電素子の振動に対する液滴生成反応が鈍くなり、微小な液滴の生成が困難になる。これとは逆に、溶液の粘度を低くすると、確かに圧電素子の振動に対する液滴生成反応が良くなるが、基板１３２に付着した瞬間に跳ね易くなり、液滴が飛び散るなどの問題が発生する。
【００６１】
これらの問題は、本発明のインクジェット装置１２００を用いることで解消することができる。本発明のインクジェット装置１２００では、液滴ｄの飛翔空間（つまり密閉器１２１０内）を低圧状態に保っているので、液滴ｄの水分などの溶媒の一部がその飛翔中に蒸発され易い状態となっている。このため、液滴生成反応を良くするために液体室２６０中に予め粘度の低い溶液を充填しておいたとしても、液滴ｄの飛翔中にその溶媒の一部が蒸発されるように作用する。そして、液滴ｄは、基板１３２に付着する時には、吐出時より高い粘度になっているため、液滴の飛び散りを抑制することができるようになる。
このとき、密閉器１２１０内を真空状態に近づけるほど、気流の影響をより抑制できると共に、液滴の飛翔中におけるその溶媒の蒸発現象を積極的に利用することができるようになる。
【００６２】
なお、レーザー光による液滴のガイドを用いない構成としてもよい。このように構成された発明の要旨を示すと以下のようになる。
液滴を基板に向けて吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドおよび前記基板を密閉する密閉器と、前記密閉器内を減圧する減圧手段と、前記液滴の吐出される時期に前記吐出ヘッドの吐出口を開放する開閉手段とを有することを特徴とする液滴吐出装置。
【００６３】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態について説明する。第８実施形態は、第７実施形態におけるインクジェット装置に対して、ヘッド部に囲いを設けた点を特徴とする。
図３２は、本実施形態に係るインクジェット装置１４００の構成を示す図である。インクジェット装置１４００は、第７実施形態におけるヘッド部２００に代えて、第５実施形態におけるヘッド部７００を備えた装置である。図中には、インクジェット装置１４００のノズル２１０から吐出された液滴ｄの飛翔中の瞬間を示す。
本実施形態におけるインクジェット装置１４００によれば、中空空間７２２は、飛翔した液滴ｄの溶媒の僅かな蒸発に起因して、飛翔空間１４１０より圧力が高くなる。これによって、ノズル２１０とこれに接する空間との圧力差が少なくなるから、ヘッド部７００のノズル２１０および吐出管２１２の乾燥が抑制される。
【００６４】
［第７，８実施形態に関連する他の形態］
第７、８実施形態においては、インクジェット装置１２００またはインクジェット装置１４００に対して、第６実施形態におけるヘッド部のいずれかを用いることで、さらに、ヘッド部のノズル２１０および吐出管２１２の乾燥を抑制することができる。
【００６５】
なお、レーザー光による液滴のガイドを用いない構成としてもよい。このように構成された発明の要旨を示すと以下のようになる。
液滴を基板に向けて吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドおよび前記基板を密閉する密閉器と、前記密閉器内を減圧する減圧手段と、前記吐出ヘッドを覆う囲いを有し、前記囲いには前記吐出ヘッドから吐出された液滴を通過させる孔が設けられていることを特徴とする液滴吐出装置。
【００６６】
［本発明が適用される様々な形態］
上述の第１〜８実施形態で説明したインクジェット装置は一例であり、本発明は以下のように変形することも可能である。
上述の実施形態のヘッド部は、ノズル２１０を閉塞する蓋として機能するものとして圧電素子２２０を用いて説明したが、これは一例であり、例えば、静電気による変形や磁界を利用した変形によって、ノズル２１０を開放または閉塞ことができるものを用いてもよい。
また、上述の実施形態のヘッド部は、ノズル２１０を閉塞するように機能する圧電素子２２０を用いて説明したが、ノズル２１０の吐出口の一部を覆うようにするだけでもよい。この場合、上述の第３〜５，８実施形態のヘッド部では、吐出制御回路１６０により、電圧Ｖ１またはＶ０のいずれかを圧電素子２２０に供給していたが、例えば、電圧Ｖ０〜Ｖ１の間の電圧を圧電素子２２０に供給して、ノズル２１０の一部を閉塞するようにしてもよい。
【００６７】
また、上述のヘッド部は、例えば図２２で説明したように、電圧Ｖ０が印加された状態でノズル２１０を閉塞していた。これに対して、逆に、電圧Ｖ０が印加された状態でノズル２１０を開放させておき、電圧Ｖ１を印加することでノズル２１０を閉塞するようにしてもよい。
また、上述のヘッド部は、１つの圧電素子２２０で１つのノズル２１０の開放または閉塞を制御していたが、例えば、図３３に示すように、１つの圧電素子１５１０で２つのノズル２１０の開放または閉塞を制御してもよい。この場合、吐出駆動回路により、２つのノズル２１０から液滴が共に吐出されないときに限り圧電素子１５１０によりノズル２１０を閉塞し、２つのノズル２１０のいずれか一方が液滴を吐出するときは圧電素子に電圧Ｖ１を供給してノズル２１０を開放する。
【００６８】
また、第５実施形態におけるヘッド部７００は、計１２個のノズル２１０を一括して覆う囲い９２０を備えていたが、例えば、図３４に示すように、１つのノズル２１０を中空状の囲い１６１０で覆うようにしてもよい。このとき、囲い１６１０には、ノズル２１０から吐出された液滴を通過させる孔１６２０が設けられている。
また、第３〜８実施形態におけるインクジェット装置では、ヘッド部をＸ方向に走査移動させ、かつ基板保持台１３０をＹ方向に走査移動させて、基板１３２の所定の位置に液滴を付着させていたが、例えば、ヘッド部を固定し、基板保持台１３０を適宜走査移動させながら液滴の付着を行う機構のインクジェット装置、あるいは、これとは逆に、基板保持台１３０を固定し、ヘッド部を適宜走査移動させながら液滴の付着を行う機構のインクジェット装置であってもよい。
【００６９】
また、第５および第６実施形態のインクジェット装置は、基板１３２に対して溶液の塗布を行うに当たり、ユーザの操作により気圧制御装置１２２０で密閉器１２１０内を適宜所定気圧にまで減圧していたが、例えば、この減圧処理を自動化してもよい。この場合、このインクジェット装置の気圧制御装置１２２０は、塗布対象の基板１３２に対する溶液の塗布処理中かつ所定期間（例えば３０秒）毎に、密閉器１２１０内が予め設定された所定気圧を維持しているか否かを検出する。このインクジェット装置の気圧制御装置１２２０は、密閉器１２１０内において所定気圧が維持されていないことを検出したならば、弁を開いて、所定気圧になるように密閉器１２１０内の減圧処理を行う。そして、気圧制御装置１２２０は、所定気圧になったことを検出すると、弁と閉じる。ここで、この気圧制御装置１２２０による密閉器１２１０内の気圧検出タイミングは、所定期間毎でなく、予め定めた所定時間（例えば３０，７０，２００秒…など）毎に行ってもよい。なお、気圧制御装置１２２０による減圧処理時には、吸気による気流の発生を考慮して、ヘッド部からの溶液吐出を停止することが望ましい。
【００７０】
また、この減圧処理の自動化に関連して、インクジェット装置から吐出された推定溶液総量により、自動気圧制御を行ってもよい。この場合、駆動制御回路１４０から吐出駆動データを得るための接続線を気圧制御装置１２２０に接続する。この吐出駆動データにより、液滴の大きさを推定することができる。そして、この気圧制御装置１２２０により得られた吐出駆動データを積算する。気圧制御装置１２２０は、所定の溶液吐出総量が検出された時点で、所定気圧になるように密閉器内の減圧処理を行う。このようにすれば、液滴の大きさに基づいて、液滴の吐出や液滴の飛翔などに伴って蒸発した水分などの溶媒量を推定でき、密閉器１２１０内の溶媒除去の判断にも役立つようになる。
また、上述のインクジェット装置は、ヘッド部から吐出された液滴の飛翔空間を密閉状態にするために、ヘッド部と（基板や用紙などの）媒体の保持部とを気密性部材で覆った構成として説明したが、他に、従来のインクジェット装置を、低圧または真空雰囲気で保たれた室内または場所で使用する方法でも上述と同様の効果を奏することができる。
【００７１】
本発明のインクジェット装置は、導電膜パターン形成の際におけるリソグラフィ工程のレジストを塗布する装置、マイクロレンズアレイの製造工程において複数の凸部を有する原盤に光透過性材料を塗布する装置、あるいは、容器に注入されたＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）などの生体物質の種類または量を測定するための装置としても用いることができる。
また、有機ＥＬ素子における正孔輸送性発光層または電子輸送層などの層を形成する装置、あるいは無機ＥＬ素子における蛍光発光層の層形成装置として用いることもできる。また、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）などの配線形成装置としても用いることができる。一例として、本発明のインクジェット装置により形成されたＥＬ素子を有する電気光学装置と、この電気光学装置を表示部として適用した電子機器について説明する。
【００７２】
図３５は、例えば、上述のインクジェット装置１００により形成されたＥＬ素子を有するトップエミッション構造のＥＬ表示装置１７００を示している。このＥＬ表示装置１７００の製造工程において、隔壁層１７１０に囲まれた領域で、Ｏ2プラズマ処理により、緩衝層１７０２を介したガラス基板１７０４上における陽電極層１７１２の表面塗れ性を向上させる表面処理を行った後に、さらにフッ素性ガス下におけるプラズマ処理にて、隔壁層１７１０の表面を撥水化処理が行われる。この後、インクジェット装置１００を用いて、芳香族アミン誘導体などの正孔輸送材料を吐出し正孔輸送層１７２２が形成され、ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）などの高分子発光材料を吐出し発光層１７２４が形成される。次に、真空蒸着により、Ｃａ，Ｍｇなどの材料で電子注入性陰電極層１７２６が形成され、スパッタリングにより、反射性を有するアルミニウムなどで陰電極層１７２８が形成される。
【００７３】
なお、ここでは一例としてインクジェット装置１００により形成されたＥＬ表示装置１７００を示したが、この他、本発明のインクジェット装置により形成されたカラーフィルタを有する液晶表示装置などを用いることもできる。
図３６は、ＥＬ表示装置１７００を搭載した携帯電話機１８００の外観図を示している。この図において、携帯電話機１８００は、複数の操作ボタ１８１０の他、受話口１８２０、送話口１８３０とともに、電話番号などの各種情報を表示する表示部として、ＥＬ表示装置１７００を備えている。
また、携帯電話機１８００以外にも、本発明のインクジェット装置を用いて製造されたＥＬ表示装置１７００は、コンピュータや、プロジェクタ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、車載機器、複写機、オーディオ機器などの各種電子機器の表示部として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】インクジェット装置１０の斜視図である。
【図２】インクジェット装置１０の構成を示す図である。
【図３】インクジェット装置１０の吐出ヘッド２５の断面図である。
【図４】インクジェット装置１０のレーザー装置２１の構成図である。
【図５】インクジェット装置１０のヘッド部２０の底面図である。
【図６】インクジェット装置１０の動作原理を説明するための図である。
【図７】インクジェット装置１０の動作原理を説明するための図である。
【図８】インクジェット装置１０の動作原理を説明するための図である。
【図９】制御部５の制御内容を示すタイミングチャート図である。
【図１０】第１実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１１】第１実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１２】第１実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１３】ヘッド部４０を示す図である。
【図１４】回折素子の例を示す図である。
【図１５】ヘッド部５０を示す図である。
【図１６】ヘッド部６０を示す図である。
【図１７】平面状の光束の組み合わせを用いた例を示す図である。
【図１８】インクジェット装置１００の斜視図である。
【図１９】ヘッド部２００の斜視図である。
【図２０】ヘッド部２００を鉛直面で切断した断面図である。
【図２１】圧電素子２２０の動作を示した図である。
【図２２】ノズル２１０の開閉状態を示したタイミングチャートである。
【図２３】ノズル２１０の開閉状態を示したタイミングチャートである。
【図２４】ヘッド部７００の斜視図である。
【図２５】ヘッド部７００をＹＺ面で切断した断面図を示す。
【図２６】インクジェット装置８００から吐出された液滴ｄの飛翔中の図である。
【図２７】囲い７４０、７４１を設けた例を示す図である。
【図２８】ヘッド部１０００を示す図である。
【図２９】ヘッド部１１００を示す図である。
【図３０】インクジェット装置１２００の斜視図である。
【図３１】インクジェット装置１２００の構成を示す図である。
【図３２】インクジェット装置１４００の構成を示す図である。
【図３３】圧電素子１５１０を示す図である。
【図３４】囲い１６１０を示す図である。
【図３５】ＥＬ表示装置１７００を示す図である。
【図３６】携帯電話機１８００を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０…インクジェット装置（液滴吐出装置）、２０…ヘッド部、２１…レーザー装置、２１Ａ…レーザー駆動回路、２１Ｂ…レーザー、２１Ｃ…モニタダイオード、２１Ｅ…レンズ、２５…吐出ヘッド、２５Ａ…液体室、２５Ｂ…圧電体素子、２５Ｅ…ノズル、３…タンク、４…配管、５…制御部、９…基板、１２…ステージ、
１００，８００，１２００，１４００…インクジェット装置（液滴吐出装置）、１１２、１２２…スライダ、１３０…ステージ、１３２…基板、１４０…駆動制御回路、１６０…吐出制御回路、２００，７００，１０００，１１００，１５００，１６００…ヘッド部、２１０…ノズル、２１２…吐出管、２２０，２３０，１０２０，１５１０…圧電素子、２４０…振動板、２５０…仕切部、２６０…液体室、２７０…吐出管保持部、７２２，１１２２…中空空間、７３０，１１３０，１６２０…孔、８１０，１３００，１４１０…飛翔空間、１２１０…密閉器、１２２０…気圧制御装置、１２２２…ボタン。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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