(57)【要約】【課題】正確で安定した液滴重量測定が可能な液滴吐出装置を提供する。【解決手段】吐出ヘッド１０３から液滴を吐出して描画対象物に描画する液滴描画装置において、両面に電極１１０ａ、１１０ｂを有する圧電振動子１０６からなる検出手段と、電極１１０ｂ上における液滴を付着させるべき所定位置を割出し、割出した所定位置に吐出ヘッド及び圧電振動子の少なくともいずれか一方を移動させるための移動量を演算する位置割出し手段と、移動量に基づき、吐出ヘッド及び圧電振動子の少なくともいずれか一方を、割出した所定位置に移動させる移動手段と、前記電極に振動電圧を印加して圧電振動子を振動させる発振手段と、吐出ヘッドから吐出される液滴が電極に付着する前後での圧電振動子の共振周波数の変化を検出し、検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、電極に付着した液滴の重量を測定する液滴重量測定手段と、を備えている。【選択図】      図１
2005066401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出ヘッドから液滴を吐出して描画対象物に描画する液滴吐出装置において、
両面に電極を有する圧電振動子からなる検出手段と、
前記電極上における液滴を付着させるべき所定位置を割出し、当該割出した所定位置に前記吐出ヘッド又は前記圧電振動子の少なくともいずれか一方を移動させるための移動量を演算する位置割出し手段と、
当該移動量に基づき、前記吐出ヘッド又は前記圧電振動子の少なくともいずれか一方を、前記割出した所定位置に移動させる移動手段と、
前記電極に振動電圧を印加して前記圧電振動子を振動させる発振手段と、
前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記電極に付着する前後での前記圧電振動子の共振周波数の変化を検出し、当該検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、当該電極に付着した液滴の重量を測定する液滴重量測定手段と、
を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
前記位置割出し手段は、前記電極が撮像されてなる撮像データに基づいて、前記所定位置を割出す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】
前記所定位置は、前記電極の重心点であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の液滴吐出装置を使用することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする電気光学装置。
【請求項６】
請求項５記載の電気光学装置を含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出装置、特に、吐出ヘッドから吐出される液滴の重量を正確に測定可能な液滴吐出装置、電気光学装置、電気光学装置の製造方法及び電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液晶表示装置のカラーフィルタ、配向膜等の成膜に液滴吐出装置が利用されている。また、液滴吐出装置は、これ以外にも工業上の各種の分野で利用されている。液滴吐出装置は、吐出ヘッドと呼ばれる液滴吐出機構を有している。この吐出ヘッドには、規則的に複数のノズルが形成されている。液滴吐出装置では、これらのノズルから吐出材料の液滴を吐出することにより、何等かの製品の構成要素となる基板上に吐出材料からなるパターンの描画を行う。吐出ヘッドから吐出される液滴の重量を測定する装置としては、例えば、以下の微小液滴重量装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
同装置は、振動板と圧電素子を貼り合わせた圧電振動体にヒータを設け、圧電振動体にホットメルトインク（固形材料を溶かして液体にしたインク）が付着しても剥離も蒸発もしない温度に圧電振動体をコントロールした状態で、ホットメルトインクジェットを吹き付ける。ホットメルトインクが付着すると、圧電振動体の電気機械的結合係数が変わり、その付着重量に比例して圧電素子のインピーダンスが変化する。そのインピーダンスの変化量から付着重量を算出する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２４８２５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者の実験によれば、液滴が圧電振動子の電極に付着する場合、電極内の付着する位置によって、液滴の重量測定値が大きくばらつくことが分かった。即ち、実際の液滴は同じ重量である場合であっても、液滴が電極の重心位置に付着した場合の重量よりも、電極の重心位置から離れた位置に付着した場合の重量の方が小さな値として測定されるという知見が得られた。
更に、圧電振動子の製造ばらつきや、圧電振動子の装置への取付けばらつきなどによっても、電極内における液滴の付着位置にずれが生じ、それが液滴重量の正確な測定の妨げとなっていることも、本発明者の実験によって分かった。
これに対し、上記の従来装置では、液滴重量を測定するに際して振動板上に液滴を付着する点しか示されておらず、上記の電極内の付着位置のばらつきと測定精度に関する事項が何ら示されていない。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、正確で安定した液滴重量測定が可能な液滴吐出装置、同液滴吐出装置を使用した電気光学装置の製造方法、同電気光学装置の製造方法を使用して製造した電気光学装置、及び同電気光学装置を備えた電子機器を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、吐出ヘッドから液滴を吐出して描画対象物に描画する液滴吐出装置において、両面に電極を有する圧電振動子からなる検出手段と、前記電極上における液滴を付着させるべき所定位置を割出し、当該割出した所定位置に前記吐出ヘッド又は前記圧電振動子の少なくともいずれか一方を移動させるための移動量を演算する位置割出し手段と、当該移動量に基づき、前記吐出ヘッド又は前記圧電振動子の少なくともいずれか一方を、当該割出した所定位置に移動させる移動手段と、前記電極に振動電圧を印加して前記圧電振動子を振動させる発振手段と、前記吐出ヘッドから吐出される液滴が前記電極に付着する前後での前記圧電振動子の共振周波数の変化を検出し、当該検出した圧電振動子の共振周波数の変化に基づいて、当該電極に付着した液滴の重量を測定する液滴重量測定手段と、を備えたことを特徴とする液滴吐出装置を提供することができる。
【０００８】
この構成を成すことで、位置割出し手段により、電極上における液滴を付着させるべき所定位置を割出すことができる。また、割出された所定位置のデータを基に移動量が演算される。そして、演算された移動量分だけ、液滴を吐出するヘッドまたは圧電振動子の少なくともいずれか一方が移動する。その結果、電極上の所定位置に液滴が吐出される位置にヘッドが位置することになり、所定位置に液滴を付着することができる。よって、電極上の付着位置のばらつきが改善される。また、圧電振動子の製造ばらつき及び装置への組立てばらつきによる付着位置のばらつきも解消される。従って、安定した一定の液滴重量測定値を得ることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記位置割出し手段は前記電極を撮像するための撮像手段と、撮像した画像から、前記所定位置を割出し、当該割出すことが望ましい。これにより、所定位置のアライメント（位置合せ）が簡単にできることになる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記所定位置は、前記電極の重心点上であることが望ましい。電極の重心点上に液滴が付着すると、圧電振動子の共振周波数が最も下がる。すなわち、電極の重心点に液滴が付着すると、液滴の付着前後での圧電振動子の共振周波数の変化量が最大になる。最も感度（圧電振動子の共振周波数変化のし易さの度合い）が良い電極の重心点上に液滴を付着させることで、最も正確な信頼性の高い液滴重量測定が可能となる。例えば、円形状の電極の場合だと、電極の厚さは一定として、重心点である電極の中心点上が最も感度が良いため、円形状の重心点（中心点）上を所定位置とすることで、最も正確な信頼性の高い液滴重量測定が可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る電気光学装置の製造方法は、上記本発明の液滴吐出装置を使用することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る電気光学装置は、上記本発明の電気光学装置の製造方法を使用して製造されたことを特徴としている。
【００１３】
液滴吐出装置を用いることにより、カラーフィルタ用材料、金属配線用材料、マイクロレンズアレイ用材料、フォトレジスト用材料、エレクトロルミネセンス用材料、生体物質材料などの様々な液状材料を正確な液滴重量で基板上に吐出形成することができる。よって、高品質で様々な電気光学装置が製造可能となった。
【００１４】
また、本発明に係る電子機器は、上記本発明の電気光学装置を備えたことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明にかかる液滴吐出装置の好適な実施の形態を説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る液滴吐出装置を、［液滴吐出装置の全体構成］、［吐出ヘッド］、［ＱＣＭセンサ］、［液滴重量の測定原理］、［位置割出し部］、［液滴重量の測定フロー］の順に説明する。
【００１７】
［液滴吐出装置の全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出装置１００の全体の概略構成を示す図である。本実施の形態の液滴吐出装置１００は、主として、制御部１０１と、ヘッドキャリッジ１０２と、吐出ヘッド１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂと、インクタンク１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂと、ステージ１０５と、水晶振動子１０６を含むＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ−Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）センサと、計測部１０７と、表示部１０８と、位置割出し部１４０と、センサキャリッジ１４３を備えて構成されている。
【００１８】
制御部１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなり、液滴吐出装置１００全体を制御する。具体的には、制御部１０１は、ステージ１０５上に載置された基板等の対象物Ｗに吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂで描画する動作の制御や、吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂから吐出される液滴の重量を測定する動作の制御、及び電極１１０ｂへの液滴の付着位置の割出し動作の制御などを行う。ヘッドキャリッジ１０２は、制御部１０１の制御に従って、吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂを主走査方向（Ｘ軸方向）に搬送する。吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂは、ヘッドキャリッジ１０２に担持されてヘッドキャリッジ１０２とともに移動し、制御部１０１から入力される駆動信号に応じて、そのノズルから液滴を吐出する。
【００１９】
インクタンク１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂは、Ｒ，Ｇ，Ｂのインクが充填されており、吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３ＢにＲ，Ｇ，Ｂのインクをそれぞれ供給する。ステージ１０５は、基板等の描画対象物Ｗが載置され、制御部１０１の制御に従って駆動機構（図示略）により副走査方向（Ｙ軸方向）に搬送する。水晶振動子１０６は、水晶１１０と当該水晶１１０の両面に形成された第１の電極１１０ａおよび第２の電極１１０ｂとで構成されている。この水晶振動子１０６は、吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂから吐出される液滴の重量を測定する場合に使用される。計測部１０７は、水晶振動子１０６の第１の電極１１０ａに振動電圧を印加して、その第２の電極１１０ｂから出力される電流に基づいて、第２の電極１１０ｂに付着した液滴の重量を測定し、測定結果を制御部１０１に出力する。
位置割出し部１４０は、ＣＣＤカメラを搭載した撮像部１４１と、位置演算部１４２を備え、アライメント（位置決め）を行う。位置割出し部１４０は、制御部１０１の制御に従って、第２の電極１１０ｂにおける液滴の付着位置を割出し、その割出し結果に基づいて、吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂ及び水晶振動子１０６の少なくともいずれか一方の移動量を演算し、その演算結果を制御部１０１に出力する。
センサキャリッジ１４３は、制御部１０１の制御に従って、水晶振動子１０６を副走査方向（Ｙ軸方向）に搬送する。表示部１０８は、例えば、ＬＣＤモニターからなり、制御部１０１の制御に従って、液滴の重量の測定結果などを表示する。
【００２０】
［吐出ヘッド］
図２は、図１の吐出ヘッド１０３Ｒの詳細な構成を示す図である。吐出ヘッド１０３Ｒは、図２に示す如く、圧力室１２１と、ピエゾ素子１２２と、ノズル１２３とを備えて構成されている。圧力室１２１は、インクタンク１０４Ｒ内と連通し、インクタンク１０４Ｒから供給された赤色インクを一時的に貯える。ピエゾ素子１２２は、周知のように電圧を印加すると、結晶構造が歪んで極めて高速に電気−機械エネルギの変換を行う素子である。ピエゾ素子１２２は、制御部１０１から供給される駆動信号に応じて、圧力室１２１の内面を変形させ、圧力室１２１内の赤色インクを増減圧する。吐出ヘッド１０３Ｒにおいては、このピエゾ素子１２２による赤色インクの増減圧に応じて、ノズル１２３から赤色インクを液滴ＩＰとして吐出する。
【００２１】
吐出ヘッド１０３Ｇは、吐出ヘッド１０３Ｒと同様な構成をしており、制御部１０１から供給される駆動信号に応じて、インクタンク１０４Ｇから供給を受けた緑色インクを液滴として吐出する。同様に吐出ヘッド１０３Ｂも、制御部１０１から供給される駆動信号に応じて、インクタンク１０４Ｂから供給を受けた青色インクを液滴として吐出する。この実施形態においては、説明の便宜上、赤色インク、緑色インクおよび青色インクは、それらの液体としての性質（例えば温度に応じた粘度特性など）が略同一に揃えられており、同一条件下では、同様な流体的挙動を示すものとする。したがって、仮に液滴吐出にかかる条件が全く同一であれば、いずれのインクを用いた場合であっても、同量の液滴にて吐出される。なお、以降の説明においては、吐出ヘッド１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂの各々を特に区別する必要のない場合には、吐出ヘッド１０３と記載し、同様に、インクタンク１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂの各々を特に区別する必要のない場合には、インクタンク１０４と記載する。
【００２２】
［ＱＣＭセンサ］
図３は、図１の水晶振動子１０６の構成を示す平面図である。水晶１１０は、略正方形状を呈し、その両面に、一対の電極１１０ａ、１１０ｂが略対向した状態で取り付けられている。一対の電極１１０ａ、１１０ｂは、ＡｕやＰｔの金属で構成することができる。また、絶縁体１３１は、導電性を有する支持体１３３ａ、１３３ｂによって、水晶１１０を振動自在に保持する。支持体１３３ａは、電極１１０ａと導通すると共に、絶縁体１３１に固定された端子１３２ａと導通している。同様に、支持体１３３ｂは、電極１１０ｂと導通すると共に、絶縁体１３１に固定された端子１３２ｂと導通している。また、同図において、ＰＥは電極１１０ｂの略中心位置を示している。
【００２３】
図４は、水晶振動子１０６の等価回路を示している。水晶振動子１０６は、電気的には、図４に示すように、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１およびＣｏと、コイルＬ１とで構成される電気回路と等価である。ここで、並列容量であるＣｏは、水晶振動子１０６の両面に設けられた電極１１０ａ、１１０ａによって生成される容量成分の等価電極容量である。水晶振動子１０６は、電気的な固有周波数を有しており、水晶１１０の両側に設けた電極１１０ａ、１１０ｂを電源に接続すると、回路は固有周波数で発振を開始し、水晶振動子１０６も発振周波数と同じ周波数で振動する。発振する周波数は、主に、結晶の成長軸に対して水晶１１０を切り出した角度と、水晶１１０の厚さとによって定まり、また、水晶１１０の振動形態は薄板を切り出した角度によって決定される。ＱＣＭでは、通常、ＡＴカットと呼ばれる所定の角度で切り出された水晶１１０が用いられており、ＡＴカットされた水晶１１０の振動形態は、厚みすべり振動、すなわち水晶１１０の表面と裏面とが、水晶１１０の厚み方向と直角方向に、互いにずれるように振動する形態となる。
【００２４】
水晶振動子１０６は、自身に作用する外力が一定であれば、一定の共振周波数にて振動するが、電極１１０ｂに液滴が付着して外力が変化すると、その変化量に応じて共振周波数が変化するという特性を有している。換言すると、電極１１０ｂに液滴が付着すると、水晶振動子１０６は、その液滴の重量および粘度に応じた共振周波数にて振動するという特性を有している。また、水晶振動子１０６は、電極１１０ｂに液体が付着すると、付着した液体の粘度に応じて、その共振抵抗値が変化するという特性を有している。後述するように、計測部１０７は、これらの水晶振動子１０６の特性を利用して、液滴の重量および粘度を算出する。
【００２５】
［液滴重量の測定原理］
図５は、図１の計測部１０７の概念図を示している。本実施の形態の計測部１０７は、外部発振方式を使用している。図５において、計測部１０７では、水晶振動子１０６の一方の電極１１０ａに、発振器１５０で（振動電圧発生部１１１に対応）振動電圧Ｖｉｎを印加して水晶振動子１０６を励起する。ＲＦ電圧形１５１（測定部１１２に対応）は、励起された水晶振動子１０６の他方の電極１１０ｂから流れる電流Ｉｑ＝（Ｖｑ／ＲＬ）を測定する。これにより、印加した振動電圧と水晶振動子１０６を流れる電流の関係からその周波数に対する水晶振動子１０６の電気的なインピーダンスを求めることができる。インピーダンスは、共振周波数付近で大きく変化する。そこで、計測部１０７では、印加する振動電圧の周波数を掃引しながらインピーダンスを測定し、そのインピーダンスが最小となる周波数を求める。この周波数が直列共振周波数（ｆｓ）であり、このときの抵抗成分が共振抵抗となる。
【００２６】
図６は、水晶振動子１０６の共振周波数を測定する場合に使用される帰還型の自励式発振方式（従来方式）の概念図を示している。本実施の形態の外部発振方式を、図６に示す帰還型の自励式発振方式と比較して説明する。図６において、帰還型の自励式発振方式では、水晶振動子１０６を含む発振回路を共振状態としておき、電極に液滴が付着したことによって変化する共振周波数を周波数カウンタ１６０で計測する。そして、測定した共振周波数に基づいて、水晶振動子１０６の電極面に付着した物質の重量を測定する。しかしながら、上述したように、水晶振動子１０６の共振周波数は付着した物質の粘弾性によっても変化する。このため、粘弾性的な特性を併せ持った物質が付着した場合、どちらかの影響によって変化したのか判別することができない。他方、共振抵抗は、主に粘弾性に比例することが知られている。本実施の形態の計測部１０７では、共振周波数と共振抵抗の両者を測定して、その変化が重量に起因するものか、粘弾性に起因するものかを判別している。
【００２７】
図７は、水晶振動子１０６のアドミッタンス線図を示している。上記図４の等価回路で表される水晶振動子のインピーダンスについて、周波数特性を測定し、これをＸ軸にＧ（コンダクタンス）、Ｙ軸にＢ（サセプタンス）成分を取ったインピーダンス平面上にプロットしたものである。同図に示すように、等価電極容量Ｃｏの影響によって、曲線は、全体がＢ軸上をωＣｏ分ずれてしまう。帰還型の自励式発振方式の共振点は、位相ずれが「０」になる点、すなわち、Ｂ成分が「０」になる点であるので、同図ではｆｒで示している。Ｃｏのために共振点は、本来の水晶振動子の共振点であるｆｓ（直列共振周波数）からｆｒ（一般的に共振周波数と言う場合はｆｒを言う）にずれてしまう。
【００２８】
ここで、重量と周波数の比例関係はあくまでもｆｓについて成立する。したがって、ｆｒを基準とした帰還型の自励式発振方式では、重量と周波数の関係に誤差が生じる。具体的には、同図の（ａ）に示すように、負荷が小さくＧが大きいうち（共振抵抗Ｒが小さいうち）は、円の半径が大きいためｆｓとｆｒの値にはあまり差がない。これに対して、同図の（ｂ）に示すように、負荷が増えてＧが極端に小さく（Ｒが大きく）なると、両者はずれで大きくなる。このため、ｆｒを共振周波数として測定する帰還型の自励式発振方式では、負荷が増えるにしたがって直線性が悪化する。これに対して、本実施の形態のような外部発振方式でｆｓを測定する方式では、このような直線性の劣化は生じない。
【００２９】
さらに、負荷が増えて、同図の（ｃ）のようになると、ｆｒ点が消えてしまうため、従来の帰還型の自励発振方式では発振することができなくなる。これに対して、本実施の形態の外部発振方式では、ｆｓを測定するため等価電極容量Ｃｏの影響がない。したがって、この場合でも共振点を見つけ出すことが可能となる。すなわち、本実施の形態の外部発振方式では、帰還型の自励発振方式に比して、重負荷での測定が可能となる。また、帰還型の自励発信方式では、発振の安定と精度の両方を得るためには使用する周波数に応じて発振回路をチューニングする必要がある。このため、同じ発振回路で広範な発振周波数に対応することが困難である。これに対して、本実施の形態の外部発振方式では、水晶振動子１０６を振動させる振動電圧を外部で生成するため、広範な周波数に回路変更なしで対応可能である。
【００３０】
つぎに、図１の計測部１０７を詳細に説明する。振動電圧発生部１１１は、水晶振動子１０６の一方の電極１１０ａに振動電圧を印加して、水晶振動子１０６を振動させる。その際、振動電圧の周波数を低周波数から高周波数へと少しずつ変更して周波数の掃引を行う。測定部１１２は、水晶振動子１０６の他方の電極１１０ｂから流れる電流Ｉｑ＝（Ｖｑ／ＲＬ）を測定し、印加した振動電圧と水晶振動子１０６を流れる電流の関係からその周波数に対する水晶振動子１０６の電気的なインピーダンスを算出する。そして、測定部１１２は、測定したインピーダンスが最小となる周波数（上述の直列共振周波数ｆｓ）を共振周波数値として算出し、このときのインピーダンスを共振抵抗値として算出する。測定部１１２は、算出した共振周波数値および共振抵抗値を演算部１１３に出力する。この場合、測定部１１２は、電極１１０ｂへの液滴の付着前における共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅと、付着後における共振周波数ｆａｆｔｅｒを演算部１１３に出力する。演算部１１３は、以下のようにして、測定部１１２から入力される共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅ、ｆａｆｔｅｒに基づいて、液滴の重量を算出し、また、測定部１１２から入力される共振抵抗に基づいて、液滴の粘度を算出する。上記のように、共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅ、ｆａｆｔｅｒに基づいて、液滴の重量を算出することができるが、共振抵抗を利用することでより精度良く液滴の重量を算出することができる。
【００３１】
ここで、電極１１０ｂに付着した液滴の重量をＩｍとし、液滴の付着前後における共振周波数の変化量Δｆｒｅｑとすると、液滴の重量Ｉｍと、液滴の付着前後における共振周波数の変化量Δｆｒｅｑの関係は、下式（１）のように表すことができる。
【００３２】
【数１】
2005066401.tif 000003
【００３３】
また、共振抵抗値をＲとし、電極１１０ｂに付着した液滴の粘度をηとすると、これらの関係は、下式（２）で表すことができる。
【００３４】
【数２】
2005066401.tif 000004
【００３５】
演算部１１３は、測定部１１２から供給される電極１１０ｂへの液滴の付着前における共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅ、付着後における共振周波数ｆａｆｔｅｒからその変化量Δｆｒｅｑ＝ｆｂｅｆｏｒｅ−ｆａｆｔｅｒを算出した後、変化量Δｆｒｅｑを上記式（１）に代入して、液滴の重量Ｉｍを算出する。また、演算部１１３は、測定部１１２から入力される電極１１０ｂに液滴の付着後の共振抵抗値Ｒを、上記式（２）に代入して、液滴の粘度ηを算出する。演算部１１３は、算出した液滴の粘度ηおよび重量Ｉｍを制御部１０１に出力する。
【００３６】
［位置割出し部］
図８及び図９は本発明者が水晶振動子１０６を用いて行った実験結果をまとめた図である。この図を用いて実験結果を詳細に説明する。
図８に示すように、水晶１１０に取り付けられた略円形状の電極１１０ｂの中心（又は重心）（＃１）と、その電極中心（＃１）から略１ｍｍ離間した位置（＃２〜＃５）と、電極中心（＃１）から略２ｍｍ離間した位置（＃６〜＃９）とをそれぞれ液滴重量測定ポイントに設定する（全９ポイント）。各測定ポイントに同じ重量の液滴を単独で付着させ、その付着した液滴の重量を後述するＱＣＭセンサの液滴重量測定法に従って測定する。電極中心（＃１）に付着した液滴の重力測定値を１００％とした場合の各測定ポイント（＃２〜＃９）の重量測定値の割合（％）を図中に示す。
電極１１０ｂの中心＃１の液滴重量測定値を１００％とした場合、中心から略１ｍｍ離れた測定ポイント＃２〜＃５での液滴重量測定値の割合は、いずれも８７％であった。また、中心から略２ｍｍ離れた測定ポイント＃６〜＃９での液滴重量測定値の割合は、いずれも３８％であった。
【００３７】
図９は、図８での実験結果を分かり易くするために、測定ポイント＃１、＃４、＃５、＃８、＃９での液滴重量測定値の割合をグラフ上にプロットし、曲線で近似させた図である。同図において、横軸は電極中心からの距離、縦軸は電極中心＃１での液滴重量測定値を１００％とした時の、各測定ポイントでの液滴重量測定値の割合を示している。
同図から、電極中心＃１から略１ｍｍ付近に液滴が付着した場合には、電極中心＃１での重量値の８７％の重量値として測定されることが分かる。また、電極中心＃１から略２ｍｍ付近に液滴が付着した場合には、電極中心＃１での重量値の３８％の重量値として測定されることが分かる。
このように、液滴の付着位置が電極中心から離れるに従い、液滴重量の測定値が実際の液滴重量と比較して、大きく減少することが分かった。電極内で付着位置がばらつくと液滴重量測定値も大きくばらつくことが分かった。
また、最も感度（水晶振動子の共振周波数変化のし易さの度合い）の良い電極の重心点上に液滴を付着させることで、最も正確な液滴重量測定ができることが分かった。
この発明者の実験結果から、液滴重量を測定する場合に、電極への液滴付着位置のばらつきをなくすこと、及び、電極の重心位置に液滴を付着することが必要であるという知見が得られた。
【００３８】
ここで、図１に示すように、液滴吐出装置１００は、電極１１０ｂの所定位置に液滴を付着させるために、位置割出し部１４０を有している。
この位置割出し部１４０は、水晶振動子１０６を撮像するＣＣＤカメラを有する撮像部１４１と、その撮像した画像データを画像処理し、電極１１０ｂの所定位置を演算し、その演算結果を示す所定位置データに基づいて、水晶振動子１０６及び吐出ヘッド１０３の少なくともいずれか一方の移動量を演算する位置演算部１４２を備えている。
【００３９】
ここで位置割出し部１４０の動作について詳しく説明する。
位置割出し部１４０は、アライメント（位置決め）を行う。本実施の形態において、位置割出し部１４０は、パターンマッチングという方法を用いてアライメントを行う。
最初に、制御部１０１からの信号に従って、撮像部１４１のＣＣＤカメラで水晶振動子１０６の電極１１０ｂ及び水晶１１０周りを撮像する。次に、位置演算部１４２は、その撮像された画像データを白黒濃淡画像（グレー画像）に処理する。次に、この白黒濃淡画像に対して２値化処理を施す。即ち、ある閾値より明るい階調はすべて白、暗い階調はすべて黒に２分する。本実施形態では、電極１１０ｂ内の液滴を付着すべき所定位置を割り出すために、まず上記画像データの中から電極１１０ｂを認識する必要がある。そのため、上記閾値は、２値化により上記画像データが、その検出されるべき電極１１０ｂと、電極１１０ｂ以外の部分とに、白／黒で分かれるように設定される。位置演算部１４２は、認識した電極１１０ｂの形状を示す形状データに基づいて演算処理し、電極１１０ｂ上の液滴を付着させる所定位置を割出す。本実施の形態では、所定位置を電極１１０ｂの重心位置として設定しているので、認識された電極１１０ｂ内の重心位置を演算処理し割出すことになる。
また、位置演算部１４２は、吐出ヘッド１０３の位置、撮像部（ＣＣＤカメラ）１４１の位置などの初期データと、割出した所定位置のデータを併せて演算処理し、電極１１０ｂの所定位置に液滴が吐出される位置に吐出ヘッド１０３を配置するための、吐出ヘッド１０３及び水晶振動子１０６の少なくともいずれか一方の移動量を算出する。そして、位置演算部１４２は、その移動量を示すデータを制御部１０１に送る。制御部１０１は、その送られた移動量データに基づいて、ヘッドキャリッジ１０２を動作させて、吐出ヘッド１０３を主走査方向（Ｘ軸方向）に搬送させる。また、制御部１０１は、移動量データに基づいて、センサキャリッジ１４３を動作させて、水晶振動子１０６を副走査方向（Ｙ軸方向）に搬送させる。その結果、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６とを相対的に移動させることで、電極１１０ｂ上の所定位置に液滴が吐出される位置に吐出ヘッド１０３を配置することができる。
【００４０】
上記では、パターンマッチングを用いたアライメント法について説明したが、この他のアライメント方法として、位置合せ用マークを用いた方法を用いることができる。水晶振動子１０６の電極１１０ｂ側の面に位置合わせ用マークを形成しておく。この位置合わせ用マークと電極１１０ｂ上の所定位置との相対的位置関係は分かっている。この方法によれば、パターンマッチング法のように電極１１０ｂを認識する必要が無く、位置合わせ用マークの位置さえ認識すれば、その位置合わせ用マークとの相対的位置関係により、電極１１０ｂ上の所定位置を認識することができる。
【００４１】
なお、アライメントの方法も多種類あるが、本発明の、電極１１０ｂ上の液滴を付着させる所定位置を割出すという目的を達成できれば、方法は問わない。
また、撮像部１４１は本実施の形態ではＣＣＤカメラを用いたが、別の画像センサ付きカメラを用いても良い。
【００４２】
図１０は、電極の形状と、その形状における液滴を付着させるべき所定位置を例示した図である。図１０（ａ）は、電極形状が略真円である場合を示しており、同様に、（ｂ）は略楕円、（ｃ）は略正方形、（ｅ）は略長方形、（ｆ）は略三角形、（ｇ）は略八角形をそれぞれ示している。図１０（ａ）〜（ｆ）の各形状において、電極の厚さは、ほぼ一定である場合を想定している。また、重心点は（ｘ，ｙ）として記載している。
実施の形態１に係る電極１１０ｂの形状は、略円形状（ａ）であり、重心点である円形状の中心点の（ｈ／２，ｈ／２）部が最も感度が良く、最も正確な液滴重量測定が行えるため、所定位置（ｘ，ｙ）となる。
その他の電極形状の場合の所定位置（重心点）を説明すると、電極形状が略楕円形状（ｂ）の場合は（ｂ／２，ａ／２）部が最も感度が良い所定位置（ｘ，ｙ）となる。電極形状が略正方形（ｃ）の場合は（ｈ／２，ｈ／２）部が最も感度が良い所定位置（ｘ，ｙ）となる。電極形状が略長方形（ｄ）の場合は（ｂ／２，ｈ／２）部が最も感度が良い所定位置（ｘ，ｙ）となる。電極形状が略三角形（ｅ）の場合は（ｂ／２，ｈ／３）部が最も感度が良い所定位置（ｘ，ｙ）となる。電極形状が略八方形（ｆ）の場合は（ｈ／２，ｈ／２）部が最も感度が良い所定位置（ｘ，ｙ）となる。その他の電極形状においても、重心点が最も感度の良い所定位置となる。
このように各電極形状で最も感度の良い部分が重心点として決まるので、その位置を所定位置として、アライメントすることで、最も正確な液滴重量測定が行えることになる。
【００４３】
［液滴重量の測定フロー］
図１１は、図１の液滴吐出装置１００の液滴重量の測定フローを例示する図である。
ここで、吐出ヘッド１０３は、水晶振動子１０６上になく待機位置にあるものとする。図１１において、最初に、液滴を付着する電極１１０ｂ上の中心位置（図３の地点ＰＥ及び図８の＃１ポイント参照）を割出すアライメントを行うため、位置割出し部１４０での動作が開始する。まず、撮像部１４１により水晶振動子１０６の電極１１０ｂ及び水晶１１０周りを撮像する（ステップ１）。次に、撮像した画像データに基づいて、位置演算部１４２は画像処理（２値化処理）を行い、画像上で検出すべき電極１１０ｂと電極１１０ｂ以外の部分に分けて、電極１１０ｂを認識する（ステップ２）。次に、認識した電極１１０ｂの形状データを基に演算処理し、電極１１０ｂ上の液滴を付着させる所定位置を割出す（ステップ３）。このステップ３では、上述した図１０の（ｘ，ｙ）の点が所定位置として求められる。
次に、位置演算部１４２は、吐出ヘッド１０３の位置、撮像部１４１の位置などの初期データと、割出した所定位置（ｘ，ｙ）のデータを併せて演算処理し、電極１１０ｂの所定位置（ｘ，ｙ）に液滴が吐出される位置に吐出ヘッド１０３を配置させるための吐出ヘッド１０３の移動量、水晶振動子１０６の移動量を算出する。そして、位置演算部１４２は、その算出した移動量のデータを制御部１０１に送る（ステップ４）。
【００４４】
次に、計測部１０７において、振動電圧発生部１１１は、水晶振動子１０６の電極１１０ａに振動電圧を周波数掃引しながら印加する（ステップＳ５）。測定部１１２は、水晶振動子１０６の電極１１０ｂに流れる電流を検出してインピーダンスの変化を検出し、水晶振動子１０６の電極１１０ｂへの液滴の付着前の共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅを算出して、演算部１１３に出力する（ステップＳ６）。なお、電極１１０ｂへの液滴の付着前の共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅは、毎回測定しないで予め演算部１１３に記憶しておくことにしても良い。
【００４５】
次に、制御部１０１は、位置演算部１４２から送られた移動量のデータを基に、ヘッドキャリッジ１０２を制御して吐出ヘッド１０３を主走査方向（Ｘ軸方向）に搬送させる（ステップＳ７）。同じく、制御部１０１は、位置演算部１４２から送られた移動量のデータを基に、センサキャリッジ１４３を制御して水晶振動子１０６を副走査方向（Ｙ軸方向）に搬送させる（ステップＳ８）。その結果、吐出ヘッド１０３と水晶振動子１０６を相対的に移動することで、電極１１０ｂの所定位置（ｘ，ｙ）に液滴が吐出される位置に吐出ヘッド１０３を配置させることができる。
【００４６】
なお、吐出ヘッド１０３及び水晶振動子１０６のいずれか一方が主走査方向及び副走査方向の双方に移動可能であれば、その吐出ヘッド１０３及び水晶振動子１０６のいずれか一方だけを移動させることにより、電極１１０ｂの所定位置（ｘ，ｙ）に液滴が吐出される位置に吐出ヘッド１０３を配置させることができる。
【００４７】
続いて、制御部１０１は、標準駆動波形に従って、吐出ヘッド１０３に含まれるピエゾ素子１２２に駆動信号を供給して、吐出ヘッド１０３から電極１１０ｂの所定位置に向けて液滴を吐出させる（ステップＳ９）。この結果、電極１１０ｂの正確な所定位置に液滴が付着することになる。
【００４８】
この後、制御部１０１は、ヘッドキャリッジ１０２を制御して吐出ヘッド１０３を待機位置まで搬送する（ステップＳ１０）。
【００４９】
この後、計測部１０７において、振動電圧発生部１１１は、水晶振動子１０６の電極１１０ａに振動電圧を周波数掃引しながら印加する（ステップＳ１１）。測定部１１２は、水晶振動子１０６の電極１１０ｂに流れる電流を検出してインピーダンスの変化を検出し、水晶振動子１０６の電極１１０ｂへの液滴の付着後の共振周波数ｆａｆｔｅｒと、そのときの共振抵抗Ｒを算出して、演算部１１３に出力する（ステップＳ１２）。
【００５０】
演算部１１３は、共振周波数ｆｂｅｆｏｒｅ、ｆａｆｔｅｒに基づいて、共振周波数の変化量Δｆｒｅｑ＝ｆｂｅｆｏｒｅ−ｆａｆｔｅｒを算出し、算出したΔｆｒｅｑを上述した式（１）を用いて液滴の重量Ｉｍを算出する（ステップＳ１３）。また、演算部１１３は、共振抵抗Ｒに基づいて、上述した式（２）を用いて液滴の粘度ηを算出する。演算部１１３は、算出した液滴の重量Ｉｍおよび粘度ηを制御部１０１に出力する。制御部１０１は、算出された液滴の重量Ｉｍおよび液滴の粘度ηを表示部１０８に表示する（ステップＳ１４）。以上のようにして液滴重量が測定される。
【００５１】
本実施の形態１の液滴吐出装置１００によれば、位置割出し部１４０により、電極１１０ｂ上において液滴を付着させるべき所定位置を割出すことができる。また割出された所定の位置データに基づいて、吐出ヘッド１０３及び水晶振動子１０６の少なくともいずれか一方の移動量が算出され、その算出結果に従って、吐出ヘッド１０３及び水晶振動子１０６の少なくともいずれか一方を移動させる。
その結果、電極１１０ｂ上の所定位置に液滴が吐出される位置に吐出ヘッド１０３が配置されることになり、電極１１０ｂの所定位置に液滴を付着することができる。よって、電極１１０ｂ上における液滴の付着位置のばらつきが改善される。また、水晶振動子１０６の製造ばらつき及び装置１００への組立てばらつきによる電極１１０ｂにおける液滴の付着位置のばらつきも解消される。従って、高精度で安定した液滴の重量測定を行うことが可能となる。
【００５２】
また、位置割出し部１４０は、撮像部１４１と、位置演算部１４２を備えているので、電極１１０ｂの所定位置に対するアライメントが簡単に行える。
【００５３】
また、電極１１０ｂの重心点上に液滴を付着させた場合には、電極１１０ｂのの重心点以外の位置に液滴を付着させた場合に比べて、水晶振動子１０６の共振周波数が最も下がる。即ち、電極１１０ｂの重心点に液滴が付着された場合に、液滴の付着前後の共振周波数の変化量が最大となる。このように、最も高感度である電極の重心点上に液滴を付着させることで、最も正確で信頼性の高い液滴の重量測定が可能となる。例えば、円形状の電極１１０ｂの場合だと、重心点である電極の中心点上が最も感度が良いため、円形状の重心点（中心点）上を所定位置とすることで、最も正確で信頼性の高い液滴重量測定が可能となる。
また、一般に、吐出ヘッドから吐出される液滴は、周囲の環境や自重等により予想外に飛行曲がりを起こし、その結果、液滴の付着位置が当初の狙いからずれることがある。これに対し、本実施形態では、所定位置を電極１１０ｂの重心点上に設定し、かつ、その電極１１０ｂの所定位置に液滴が吐出される位置に吐出ヘッド１０３を配置するので、その吐出ヘッド１０３から吐出された液滴に飛行曲がりが起きて付着位置がずれたとしても、重心点からのズレ量は相対的に僅かなものに抑えることができる（付着位置は重心位置の近傍におさまる）。これにより、ほぼ正確な液滴重量測定が実現できる。
【００５４】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置を用いて製造された、電気光学装置であるカラーフィルタを搭載した液晶表示装置の構成を例示する斜視図である。
本実施の形態２に係る液晶表示装置２００は、液晶駆動用ＩＣ（図示略）、配線類（図示略）、光源２８０、支持体（図示略）などの付帯要素が装着されている。液晶表示装置２００の構成を簡単に説明する。
液晶表示装置２００は、カラーフィルタ２１０と、ガラス基板２３０と、これらの間に狭持された液晶層（図示略）と、カラーフィルタ２１０の上面側に付設された偏光板２４０と、ガラス基板２３０側の下面側に付設された偏光板（図示略）と、を主体として構成されている。カラーフィルタ２１０は透明なガラスから成る基板２１１を具備し、基板２１１の下側には、黒色感光性樹脂膜から成る隔壁２１２と、着色部２１３と、オーバーコート層２１４が順次形成され、オーバーコート層２１４の下側に液晶駆動用の電極２２０が形成されている。なお、実際の液晶表示装置においては、電極２２０の液晶層側と、画素電極２６０の液晶層側に、配向膜が設けられる（図示略）。
カラーフィルタ２１０の液晶層側に形成された液晶駆動用の電極２２０は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電材料をオーバーコート層２１４の全面に形成させたものである。
【００５５】
ガラス基板２３０上に形成された絶縁層２５０上には、マトリクス状に走査線２７０と信号線２７１とが形成され、走査線２７０と信号線２７１とに囲まれた領域ごとに画素電極２６０が設けられる。各画素電極２６０のコーナー部分と走査線２７０と信号線２７１との間部分にはスイッチング素子としてのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が組み込まれており、走査線２７０と信号線２７１に対する信号の印加によってＴＦＴはオン、またはオフの状態となって画素電極２６０への通電が制御されるようになっている。
【００５６】
本実施の形態２のカラーフィルタ２１０以外にも、本発明の液滴吐出装置１００を用いれば、金属配線用材料、マイクロレンズアレイ用材料、フォトレジスト用材料、エレクトロルミネセンス用材料、生体物質材料などの様々な液状材料を正確な液滴重量で基板Ｗ上に吐出形成することができる。よって、本発明の液滴吐出装置１００を用いれば、高品質で様々な電気光学装置が製造可能となる。
【００５７】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３に係る電気光学装置である液晶表示装置を備えた電子機器の一例として、携帯電話の構成を例示する斜視図である。携帯電話機３００は複数の操作スイッチ３１０のほか、受話口３１１、送話口３１２と共に、上述した液晶表示装置２００を備えるものである。
【００５８】
また、携帯電話機３００以外にも、本発明の液滴吐出装置を用いて製造された電気光学装置はコンピュータや、プロジェクタ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、車載機器、複写機、オーディオ機器などの様々な電子機器の表示部として用いることができる。
【００５９】
なお、本発明は、上記した実施の形態１〜実施の形態３に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で適宜変形しても実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出装置の全体の概略構成図である。
【図２】吐出ヘッドの詳細な構成図である。
【図３】ＱＣＭセンサの構成を示す平面図である。
【図４】水晶振動子の等価回路図である。
【図５】計測部の概念図である。
【図６】帰還型の自励発振方式の概念図である。
【図７】水晶振動子のアドミッタンス線図である。
【図８】液滴付着位置の測定ポイントにおける液滴重量測定値の割合を電極上に記載した説明図である。
【図９】液滴付着位置の電極中心からの距離と液滴重量測定値の割合を曲線で近似した説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る電極の形状による、液滴を付着させる所定位置の例示図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出装置の液滴重量測定フローの例示図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の例示図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る液晶表示装置を備えた携帯電話機の例示図である。
【符号の説明】
１００・・液滴吐出装置、１０１・・制御部、１０２・・ヘッドキャリッジ、１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂ・・吐出ヘッド、１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂ・・インクタンク、１０５・・ステージ、１０６・・水晶振動子、１０７・・計測部、１０８・・表示部、  １１０・・水晶、１１０ａ、１１０ｂ・・電極、１１１・・振動電圧発生部、１１２・・測定部、１１３・・演算部、１４０・・位置割出し部、１４１・・撮像部、１４２・・位置演算部、１４３・・センサキャリッジ、２００・・液晶表示装置、３００・・携帯電話機
【図１】
2005066401.tif 000005
【図２】
2005066401.tif 000006
【図３】
2005066401.tif 000007
【図４】
2005066401.tif 000008
【図５】
2005066401.tif 000009
【図６】
2005066401.tif 000010
【図７】
2005066401.tif 000011
【図８】
2005066401.tif 000012
【図９】
2005066401.tif 000013
【図１０】
2005066401.tif 000014
【図１１】
2005066401.tif 000015
【図１２】
2005066401.tif 000016
【図１３】
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