(57)【要約】      （修正有）【課題】吐出された液滴における導電性微粒子等の機能材料の重量含有率を向上させる構造を設けることのできる液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供する。【解決手段】駆動部と、前記駆動部に接続された基体と、を含む液滴吐出ヘッド１と、前記液滴吐出ヘッドを固定するヘッド固定部２と、前記ヘッド固定部に取り付けられた光照射部３、５と、を備え、前記基体が液体材料を収容する収容室と前記収容室から前記液体材料を吐出する吐出口４０とを有し、前記光照射部が前記吐出口から吐出された前記液体材料に光を照射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と、
前記駆動部に接続された基体と、
前記基体に取り付けられた光照射部と、を含み、
前記基体が液体材料を収容する収容室と前記収容室から前記液体材料を吐出する吐出口とを有し、
前記光照射部が前記吐出口から吐出された前記液体材料に光を照射することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
さらに、前記基体に取り付けられた保護プレートを含み、
前記保護プレートが、前記光照射部と前記基体の前記吐出口との間に配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドを固定するヘッド固定部と、を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項４】
駆動部と、前記駆動部に接続された基体と、を含む液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドを固定するヘッド固定部と、
前記ヘッド固定部に取り付けられた光照射部と、を備え、
前記基体が液体材料を収容する収容室と前記収容室から前記液体材料を吐出する吐出口とを有し、
前記光照射部が前記吐出口から吐出された前記液体材料に光を照射することを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液滴吐出装置において、
さらに、前記光照射部と前記基体の前記吐出口との間に配置される保護プレートを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液滴吐出装置において、
前記保護プレートが前記基体に取り付けられていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項７】
請求項５に記載の液滴吐出装置において、
前記保護プレートが前記ヘッド固定部に取り付けられていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項８】
請求項３ないし７のいずれかに記載の液滴吐出装置において、
前記光照射部に集光レンズが形成されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項９】
請求項３ないし８のいずれかに記載の液滴吐出装置において、
前記光の外縁と前記吐出口との間隙が、前記吐出口から吐出される前記液体材料の液滴径より大きいことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１０】
請求項３ないし９のいずれかに記載の液滴吐出装置において、
前記光がレーザー光である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、液滴吐出ヘッド、および液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線等のパターニング法のひとつとして、液滴吐出装置を用いた手法が知られている。この種のパターニング法においては、まず、例えば銀粒子等の導電性微粒子を含有する液体材料を、液滴吐出装置から液滴化して吐出して、液滴を基板に塗布する。次いで、基板に塗布された液滴を自然乾燥させた後、基板ごと焼成して、配線を形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６１０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、液体材料中の導電性微粒子の重量含有率は、おおよそ６０％程度と低く、液体材料が乾燥すると、その厚みは乾燥前の厚みから大幅に減少する。このため、液滴の塗布時には、必要十分な厚みを有する配線を形成すべく、図８（ａ）に示すように、機能膜を形成するためには液滴を重ね打ちする必要があり、含有率が低いと重ね打ちの回数を増やす必要がある。さらに、液滴が重ね打ちされた場合、基板に塗布された液滴群は、表面張力の作用により、図８（ｂ）に示すように部分的に凝集してしまうことがある。このような凝集が生じると、配線の厚みが不均一になるのみならず、断線が生じる可能性があった。なお、このような問題は、液滴を重ね打ちしなくとも、複数の液滴の各々が部分的に接続されるように塗布された場合には生じる可能性がある。また、このような問題は導電性微粒子を用いての配線形成の際に限ったことではなく、液体材料を用いた成膜を行う種々の場面（例えば、カラーフィルタの形成等）においても同様に生じ得ることである。
【０００５】
そこで、本発明は、吐出された液滴における導電性微粒子等の機能材料の重量含有率を向上させる構造を設けることで、上記課題を解決することのできる液滴吐出ヘッド、および液滴吐出装置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】
【０００６】
本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、駆動部と、前記駆動部に接続された基体と、前記基体に取り付けられた光照射部と、を含み、前記基体が液体材料を収容する収容室と前記収容室から前記液体材料を吐出する吐出口とを有し、前記光照射部が前記吐出口から吐出された前記液体材料に光を照射することを特徴とする。これにより、吐出口から吐出された液体材料に含まれる溶媒または分散媒を飛翔中に除去することができる。これは、吐出時には液体材料の粘度が小さく保たれるため、吐出動作に支障を与えることがない。さらに、対象物に着弾したときには、液体材料の粘度が大きくなるため、対象物における着弾径を小さくすることができる。すなわち、溶媒または分散媒を除去した分だけ着弾径が小さくなる。また、液体材料に含まれる機能材料の含有率が増加しているため、一回の吐出で形成される機能膜の膜厚が大きくなり、吐出回数を減らすことも可能である。
【０００７】
上記の液滴吐出ヘッドにおいては、さらに、前記基体に取り付けられた保護プレートを含み、前記保護プレートが、前記光照射部と前記基体の前記吐出口との間に配置されていることが好ましい。これによれば、吐出口への光の照射を防ぐことが容易となる。吐出口に光が照射されると、吐出口において液体材料が乾燥するおそれがあり、吐出口に液体材料が含む固形成分が析出すると、目詰まり等の原因となるおそれがある。
【０００８】
本発明にかかる液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドを固定するヘッド固定部と、を備えることを特徴とする。これによれば、吐出口から吐出された液体材料に含まれる溶媒または分散媒を飛翔中に除去することが可能な液滴吐出装置が得られる。
【０００９】
また、本発明にかかる液滴吐出装置は、駆動部と、前記駆動部に接続された基体と、を含む液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドを固定するヘッド固定部と、前記ヘッド固定部に取り付けられた光照射部と、を備え、前記基体が液体材料を収容する収容室と前記収容室から前記液体材料を吐出する吐出口とを有し、前記光照射部が前記吐出口から吐出された前記液体材料に光を照射することを特徴としてもよい。これにより、吐出口から吐出された液体材料に含まれる溶媒または分散媒を飛翔中に除去することができる。
【００１０】
上記の液滴吐出装置においては、さらに、前記光照射部と前記基体の前記吐出口との間に配置される保護プレートを備えることが好ましい。これによれば、吐出口への光の照射を防ぐことができる。
【００１１】
上記の液滴吐出装置においては、前記保護プレートが前記基体に取り付けられていることが好ましい。これによれば、液滴吐出ヘッドが駆動部の作用により振動し、光照射部と吐出口との位置関係に大きなズレが生じた場合でも、保護プレートと吐出口との位置関係に大きなズレが生じることがないため、吐出口への光の照射を確実に防ぐことができる。
【００１２】
上記の液滴吐出装置においては、前記保護プレートが前記固定部に取り付けられていることが好ましい。これによれば、保護プレートが熱を発生した場合でも、液滴吐出ヘッドに熱が伝わることを防ぐことができるため、液体材料を不必要に乾燥させてしまうことがなくなる。
【００１３】
上記の液滴吐出装置においては、前記光照射部に集光レンズが形成されていることが好ましい。これによれば、吐出口への光の照射を防ぐことが容易となる。光エネルギーの利用効率も高まり、溶媒または分散媒の除去に要する電力等を削減することが可能となる。
【００１４】
上記の液滴吐出装置においては、前記光と前記吐出口との距離が吐出された前記液体材料の液滴径より大きいことが好ましい。これによれば、吐出された液体材料が液滴吐出ヘッドから完全に分離した状態で光を照射することになるため、粘度の大きくなった液体材料が液滴吐出ヘッドの吐出口から吐出されきれずに戻ってしまうといった不具合が生じることがなくなる。
【００１５】
上記の液滴吐出装置においては、前記光がレーザー光であることが好ましい。レーザー光は指向性の強い光であるため、吐出された液体材料をより的確に狙って光を照射することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１は、一実施形態の液滴吐出装置の構成を説明する模式図である。図１に示す液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッド１と、この液滴吐出ヘッド１を固定するヘッド固定部２と、ヘッド固定部２に取り付けられたレーザー光源３と、レーザー光源３から出力されるレーザー光を導く導光路５と、この導光路５の端部に取り付けられた集光レンズ６と、を含んで構成される。なお、レーザー光源３と導光路５が本発明の「光照射部」に相当する。ヘッド固定部２には、液滴吐出ヘッド１及びレーザー光源３の動作を制御する制御部４が内蔵されている。
【００１８】
図示のように、液滴吐出ヘッド１は、液体材料を吐出する吐出口４０を有する。液体材料としては、例えば金、銀などの導電体からなる微粒子を含有する液体が用いられる。こような液体材料を基板１０上に滴下することにより、配線等として用いることが可能な導電膜を形成することができる。なお、形成対象は導電膜に限定されない。
【００１９】
レーザー光源３は、例えば、アルゴンイオンレーザー、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、銅蒸気レーザー、半導体レーザー等である。このレーザー光源３はヘッド固定部２の側面に固定されている。レーザー光源３から出力されて導光路５を通り、集光レンズ６によって集光されたレーザー光７は、液滴吐出ヘッド１の吐出口４０から吐出された液体材料の液滴８ａに照射される。
【００２０】
より詳細に説明すると、液滴吐出ヘッド１は、複数の吐出口４０を有する。これらの吐出口４０は、図示のＹ軸方向に沿って配列されている。図示のように、レーザー光７は、吐出口４０の配列方向と略直交する方向（図示のＸ軸方向）に沿って放射される。ここでは、ライン型のパルスレーザー光が用いられている。このレーザー光７が集光レンズ６によって集光され、液滴吐出ヘッド１から吐出される液滴８ａの飛行経路中に一定距離照射されるようにする。レーザー光７の照射は、液滴８ａの吐出タイミングに合わせて所定時間照射される。このようなレーザー光７の照射タイミングと液滴８ａの吐出タイミングとの制御は、制御部４が液滴吐出ヘッド１及びレーザー光源３の各々に制御信号を送ることによって行われる。液滴８ａは微小である為、飛翔している間に蒸発していくが、光エネルギーを与えることで蒸発が加速され、基板１０上に到達するころには、さらに微小な液滴８ｂとなる。
【００２１】
図２は、液滴吐出装置の他の構成例を説明する模式図である。図２に示す液滴吐出装置は、上記した液滴吐出ヘッド（図１参照）とほぼ同様な構成を有しているため、それらについては同符号を使用し、詳細な説明は省略する。本例の液滴吐出装置では、ヘッド固定部２の下面に固定され、導光路５（すなわち光照射部）と液滴吐出ヘッド１との間に位置する保護プレート９を更に備える。また、本例の液滴吐出装置では集光レンズ６が省略されている。なお、保護プレート９は液滴吐出ヘッド１に取り付けられていてもよい。
【００２２】
図２に示す構成の液滴吐出装置では、液滴吐出ヘッド１の図中左側、すなわち、レーザー光７によるエネルギーが与えられる側に保護プレート９が設けられることにより、エネルギー付与による悪影響から液滴吐出ヘッド１が保護される。この保護プレート９の素材は、使用するレーザー光７の波長に合わせて適宜選択され、例えばポリカーボネート、ガラス等が用いられる。これにより、集光レンズ６を用いない場合でも、液滴吐出ヘッド１に余分なエネルギーが与えられ、液滴の吐出状態が不安定になることを回避しやすい。
【００２３】
図３は、液滴吐出装置の他の構成例を説明する模式図である。図３に示す液滴吐出装置では、レーザー光源３及び導光路５からなる光照射部が液滴吐出ヘッド１に取り付けられている。そして、液滴吐出ヘッド１はヘッド固定部２に固定されている。それ以外については、図３に示す液滴吐出装置は、上記した液滴吐出ヘッド（図１参照）とほぼ同様な構成を有している。共通する構成については同符号を使用し、詳細な説明は省略する。
【００２４】
図４は、液滴吐出装置の他の構成例を説明する模式図である。図４に示す液滴吐出装置においても、レーザー光源３及び導光路５からなる光照射部が液滴吐出ヘッド１に取り付けられている。そして、液滴吐出ヘッド１はヘッド固定部２に固定されている。また、液滴吐出ヘッド１の下面に固定され、導光路５（すなわち光照射部）と液滴吐出ヘッド１の吐出口４０との間に位置する保護プレート９を更に備える。また、本例の液滴吐出装置では集光レンズ６が省略されている。それ以外については、図４に示す液滴吐出装置は、上記した液滴吐出ヘッド（図１参照）とほぼ同様な構成を有している。共通する構成については同符号を使用し、詳細な説明は省略する。
【００２５】
図５は、液滴に対する光の照射状態についてより詳細に説明する模式図である。上記図１〜図４のいずれかに示した液滴吐出装置における液滴吐出ヘッド１の吐出口４０の近傍が拡大して示されている。図５に示すように、上記の各態様の液滴吐出装置では、レーザー光７の外縁７ａと液滴吐出ヘッド１の吐出口４０との間隙（距離）ｄ１が、吐出口４０から吐出される液体材料の液滴８ａの液滴径ｄ２よりも大きくなるようにしている。具体的には、レーザー光７の進行方向や幅、液滴８ａの大きさ、などの条件を整えることによって上記の条件が実現される。これにより、レーザー光７の外縁７ａと吐出口４０との間には、最低限、液滴８ａが１つ入るだけの隙間が確保される。これによれば、吐出された液体材料が液滴吐出ヘッド１から完全に分離して液滴８ａとなった状態でレーザー光７が照射されることになるため、粘度の大きくなった液体材料が液滴吐出ヘッド１の吐出口４０から吐出されきれずに戻ってしまうといった不具合が生じることが回避される。吐出口４０から吐出された液滴８ａは、レーザー光７の照射によってエネルギーが与えられることにより溶媒又は分散媒が減少し、図示のように液滴径がｄ２から更に小さくなる。そして、最終的にはより微小な液滴８ｂとなって基板１０上に到達する。
【００２６】
次に、液滴吐出ヘッド１の詳細構造を説明する。図６は、液滴吐出ヘッドにおいて液体材料が吐出される部分の詳細構造を説明するための部分斜視図である。図７は、液滴吐出ヘッドにおいて液体材料が吐出される部分の詳細構造を説明するための部分断面図である。
【００２７】
図６に示すように、液滴吐出ヘッド１は、振動板３３と、ノズルプレート３４と、流路基板３８とを、備えている。振動板３３とノズルプレート３４とは、相互間に流路基板３８を介在させて一体化されている。流路基板３８には、共通収容室３５と、複数の隔壁３１と、複数の収容室３０とが形成されている。収容室３０は、貫通部４１に対応して設けられているため、収容室３０の数と貫通部４１の数とは同じである。収容室３０には、一対の隔壁３１間に位置する供給路３６を介して、共通収容室３５から液体材料が供給される。本例では、流路基板３８とノズルプレート３４とが本発明における「基体」に相当する。図７に示すように、振動板３３の上には、それぞれの収容室３０に対応して、圧電素子（駆動部）３２が位置する。圧電素子３２は、圧電体層３２ｃと、圧電体層３２ｃを挟む１対の電極３２ａ、３２ｂとからなる。この１対の電極３２ａ、３２ｂに駆動電圧を与えることで、対応する貫通部４１から液状材料が液滴となって吐出される。なお、圧電素子３２は、振動板３３の厚さ方向に伸縮するように構成されていれば、電極の位置や圧電体層の材質は任意に設定することができる。ここで、貫通部４１とは、収容室３０と、液滴吐出面３９に設けられた吐出口４０と、を連通する部分である。この貫通部４１の表面とは、図７ではノズルプレート３４の一部の表面であって、圧力室３０と吐出口４０との間に位置する面を意味する。吐出口４０とは、貫通部４１と液滴吐出面３９との境界部である。
【００２８】
以上のように本実施形態によれば、吐出口から吐出された液体材料に含まれる溶媒または分散媒を飛翔中に除去することができる。これは、吐出時には液体材料の粘度が小さく保たれるため、吐出動作に支障を与えることがない。さらに、対象物に着弾したときには、液体材料の粘度が大きくなるため、対象物における着弾径を小さくすることができる。すなわち、溶媒または分散媒を除去した分だけ着弾径が小さくなる。また、液体材料に含まれる機能材料の含有率が増加しているため、一回の吐出で形成される機能膜の膜厚が大きくなり、吐出回数を減らすことも可能である。
【００２９】
なお、本発明は上述した内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施することが可能である。
【００３０】
例えば、上述した実施形態では、液体材料の一例として導電性微粒子を挙げていたが、吐出対象となる液体材料はこれに限定されない。他の液体材料としては、例えば、液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタを形成するための顔料を含む液体材料などが挙げられる。
【００３１】
上述した実施形態では、照射する光の一例としてレーザー光を挙げていたが、用いることのできる光はこれに限定されない。例えば、種々のランプを光源として用いて光を発生させても良い。
【００３２】
また、上述した図１、図３に示す各態様の液滴吐出装置においても、集光レンズ６を省略することもできる。特に、上記実施形態において採用されていたレーザー光など、指向性の高い光を用いた場合には、集光レンズ６を用いないとしても、図５に示したような良好な光照射状態を確保し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施形態の液滴吐出装置の構成を説明する模式図である。
【図２】液滴吐出装置の他の構成例を説明する模式図である。
【図３】液滴吐出装置の他の構成例を説明する模式図である。
【図４】液滴吐出装置の他の構成例を説明する模式図である。
【図５】液滴に対する光の照射状態についてより詳細に説明する模式図である。
【図６】液滴吐出ヘッドにおいて液体材料が吐出される部分の詳細構造を説明するための部分斜視図である。
【図７】液滴吐出ヘッドにおいて液体材料が吐出される部分の詳細構造を説明するための部分断面図である。
【図８】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…液滴吐出ヘッド、２…ヘッド固定部、３…レーザー光源、４…制御部、５…導光路、６…集光レンズ、７…レーザー光、７ａ…レーザー光の外縁、８ａ、８ｂ…液滴、９…保護プレート、１０…基板、３０…収容室、３１…隔壁、３２…圧電素子、３３…振動板、３４…ノズルプレート、３５…共通収容室、３６…供給路、３８…流路基板、３９…液滴吐出面、４０…吐出口（ノズル口）、４１…貫通部
【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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