(57)【要約】【課題】液滴を制御性良く吐出し、効率よく塗布できる塗布装置及び塗布方法を提供する。【解決手段】圧電材料からなる基板と、前記基板上に設けられ、表面弾性波を励振する電極と、前記基板上に設けられ、吐出口を有する貯液室と、を備え、前記貯液室内の液体は、前記基板の表面を伝播する表面弾性波により前記吐出口から吐出されることを特徴とする塗布装置を提供する。【選択図】図１
2007260576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料からなる基板と、
前記基板上に設けられ、表面弾性波を励振する電極と、
前記基板上に設けられ、吐出口を有する貯液室と、
を備え、
前記貯液室内の液体は、前記基板の表面を伝播する表面弾性波により前記吐出口から吐出されることを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記電極の上部と、前記電極と前記吐出口との間で前記表面弾性波が伝播する領域と、を少なくとも覆う絶縁膜をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
【請求項３】
前記絶縁膜は、前記吐出口から離れていることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布装置。
【請求項４】
前記電極は、前記貯液室の外側に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の塗布装置。
【請求項５】
前記電極と前記吐出口との間の前記基板上に薄膜状の導波路が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の塗布装置。
【請求項６】
前記導波路の幅は、前記電極の近傍において大であり、前記吐出口に近傍において小であることを特徴とする請求項５記載の塗布装置。
【請求項７】
前記電極は、櫛歯形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載に塗布装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の塗布装置を、複数個併置したことを特徴とする塗布装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の塗布装置を用い、
前記表面弾性波の共振周波数を含む高周波電力を前記電極に印加する時に、周波数変調、振幅変調、周波数掃引のうちのいずれかを実行することにより前記液体の吐出角度を特定軸方向に変化させながら特定領域に塗布することを特徴とする塗布方法。
【請求項１０】
前記共振周波数近傍において、前記高周波電力の印加時間及び印加電圧の少なくともいずれかを変化させることにより液体の吐出角度を調整し、塗布位置を制御することを特徴とする請求項９記載の塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗布装置及び塗布方法に関し、より詳細には、表面弾性波によって液体を吐出する塗布装置及び塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷などに用いられるインクジェット装置としては、例えば、ピエゾ型のインクジェット装置などが広く普及している。ピエゾ型のインクジェット装置では、ピエゾ素子の伸縮により液が吐出されるため、貯液部から吐出される液は滴となる。滴の大きさは貯液部容量、滴が吐出される細孔径、電荷量などに影響される。このため、大面積基板などへの塗布装置としては不十分である。また吐出方向や吐出面積を調節しづらいという問題があった。
【０００３】
液体を正確に吐出するために、伝播面上に表面弾性波を発生させ、伝播面の端に導いた液体をミストとして吐出、飛翔させるピペットの技術開示例がある（特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、この開示例においても、塗布装置用途にとって重要である吐出させる液滴の量、方向、吐出位置、及び吐出面積などを制御するのは困難である。
【特許文献１】特開２００１−２１２４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、液滴を制御性良く吐出し、効率よく塗布できる塗布装置及び塗布方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、圧電材料からなる基板と、前記基板上に設けられ、表面弾性波を励振する電極と、前記基板上に設けられ、吐出口を有する貯液室と、を備え、前記貯液室内の液体は、前記基板の表面を伝播する表面弾性波により前記吐出口から吐出されることを特徴とする塗布装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の塗布装置を用い、前記表面弾性波の共振周波数を含む高周波電力を前記電極に印加する時に、周波数変調、振幅変調、周波数掃引のうちのいずれかを実行することにより前記液体の吐出角度を特定軸方向に変化させながら特定領域に塗布することを特徴とする塗布方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、液滴の吐出を細かく調節でき、効率よく塗布できる塗布装置及び塗布方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。  
図１は、本発明の第１具体例にかかる塗布装置１を例示する模式図であり、図１（ａ）は模式断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。
【００１０】
本塗布装置１は主として、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）を伝播可能な圧電材料からなる基板２と、基板２の主面面に形成された櫛歯電極（ＩＤＴ：Inter Ｄigital Ｔransducer）３と、櫛歯電極３を励振する発振器５と、基板２の一主面と櫛歯電極３を覆うように設けられた貯液室７と、を備えている。
【００１１】
基板２としては、例えば、１２８°ＹカットのＬｉＮｂＯ３などの圧電単結晶などからなる板状の基板を用いることができる。また、櫛歯電極３は、例えば、ＡｕやＡｌなどの金属膜からなり、弾性表面波を励振できるように櫛型形状とする。一般にこの電極パターンは微細となるので、リソグラフィー法などによって形成される。櫛歯電極３の両端は、電極パッド４を介して発振器５に接続されている。発振器５は、圧電単結晶基板２の種類と櫛歯電極３の周期とから決定される共振周波数で発振し、連続的または間欠的に櫛歯電極３をに電力を供給する。発振器５に特定電力以上の電力をかけると、櫛歯電極３の直下の圧電単結晶基板２が励振され、圧電単結晶基板２の主面に表面弾性波が発生する。
【００１２】
また、櫛歯電極３と基板２の伝播面とを覆うように、貯液室７が設けられている。貯液室７内に設けられている供給口８から、特定圧力に保たれている液体９が供給され貯液室７を液体９で充填することができる。また、供給口８と対向する側に設けられた排出口１３から、液体９を適宜排出する。さらに、図１（ａ）に例示されるように、貯液室７の下部であり表面弾性波の伝播面の端部近傍には、液体９を吐出するための、微細なスリット状または孔状の吐出口１０が設けられている。
【００１３】
そして、本具体例に係る塗布装置１においては、櫛歯電極３と、貯液室７内の基板２との上面を覆うように絶縁膜１１が形成されている。この場合、絶縁膜１１は、吐出口１０の近傍まで設けられている。つまり、絶縁膜１１は、吐出口１０から微少量内側に後退した位置まで形成されている。その結果として、貯液室７内の基板２は、絶縁膜１１に覆われている領域と、絶縁膜１１ではなく液体９と接触している領域とからなる。
【００１４】
発振器５からの電力が電極パッド４に印加されると、圧電単結晶基板２が励振されて表面弾性波が発生する。表面弾性波は、櫛歯電極３からスリット状の吐出口１０が設けられている基板２の端部に向かって基板２と絶縁膜１１との界面を伝播する。そして、表面弾性波が、基板２が絶縁膜１１に覆われていない領域に到達すると、接触している液体９に作用する。このとき、表面弾性波のレイリー波が、液体９に、発振周期によって決まる特定方向に、連続の力を及ぼす。この力によって、液体９が吐出口１０から吐出され、塗布面に塗布される。
【００１５】
ここで、表面弾性波のうちのレイリー波が基板２の上面を伝播するときに、絶縁膜１１が及ぼす影響について説明する。  
図２は、絶縁膜１１に覆われた基板２上をレイリー波が伝播する様子を表す模式図である。  
また、図３は、比較例として、絶縁膜１１に覆われていない基板２上をレイリー波が伝播する様子を表す模式図である。
【００１６】
まず、図３に表す比較例を見ると、表面弾性波伝播する方向Ａに沿ってレイリー波Ｌが伝播するにつれて、レイリー波Ｌが大きく減衰していることがわかる。つまり、基板２が絶縁膜１１に覆われていないため、レイリー波Ｌは液体９の界面に直接作用し（力Ｆ）、吸収される。その結果、吐出口１０の付近に到達したレイリー波Ｌは、既に大きく減衰しており、液体９を吐出するのに必要な力を有効に作用させることができない。
【００１７】
これに対して、図２に表すように本具体例に係る塗布装置１においては、絶縁膜１１が、吐出口１０から微少量内側に後退した位置まで形成されている。基板２は、絶縁膜１１に覆われている領域Ｒ１と、絶縁膜１１ではなく液体９と接触している領域Ｒ２とからなる。レイリー波Ｌはまず、領域Ｒ１において基板２と絶縁膜１１との界面を、伝播方向Ａに沿って伝播する。領域Ｒ１においては、レイリー波Ｌが液体９と接触していないので、レイリー波の減衰を抑えることができる。その結果、領域Ｒ２に到達したレイリー波は、液体９に対して、吐出するのに十分な力Ｆを有効に作用させることができる。
【００１８】
すなわち、表面弾性波（レイリー波）の伝播経路の大部分を絶縁膜１１で覆うことによって、レイリー波が液体９によって減衰されるのを防ぐことができる。その結果、吐出口１０付近までレイリー波Ｌのエネルギーを維持させ、レイリー波Ｌが液体９を吐出するのに必要な力Ｆを有効に作用することができる。
【００１９】
また、吐出する液体９の吐出量や、吐出方向を細かく調節することも容易である。例えば、絶縁膜１１の端面の位置を制御することにより、液体９へのレイリー波の作用点を制御できる。つまり、貯液室７の第２の側面から絶縁膜１１までの距離Ｘを変化させると、液体９へのレイリー波の作用点と、液体９へレイリー波が作用する力の大きさとが変化するので、液体９の吐出方向と吐出量とを、正確に制御できる。
【００２０】
さらに、絶縁膜１１は、櫛歯電極３の損傷を防止する役目も有する。貯液室７内の液体９が導電性の場合、櫛歯電極３と液体９とが直接接触すると電気的な短絡を起こしたり、あるいはエッチングされたり腐食して、櫛歯電極３が損傷する可能性もある。これに対して、櫛歯電極３の上に絶縁膜１１を設けることにより、櫛歯電極３の損傷を防ぐことかできる。
【００２１】
以上、絶縁膜１１による主な効果を述べた。吐出口１０からの液体９の吐出方向と吐出量は、発振器５によっても制御できる。すなわち、発振器５からは、連続または間欠的に任意の電力が櫛歯電極３に供給される。その際に、特定電力範囲における電圧変調やスイープ、もしくは特定の周波数幅における周波数変調やスイープを行なうことによって、液体９に作用する力が変動する。その結果、レイリー波によって発生する特定方向への力とと重力との関係が変化するため、液体９の吐出方向を微小量連続的に変化することができる。これを連続的に行なえば、特定面積を塗布することが可能となる。また、これら電力および周波数を任意に調整すれば、吐出方向を微小量調整することが可能になる。
【００２２】
上述したように、本具体例に係る塗布装置１によると、塗布対象面の特定の場所に液を吐出して膜形成を行なう際に、表面弾性波素子を発振源として使用し、表面弾性波によるレイリー波を液体に作用させる。そして、吐出口から連続的および間欠的に液体を塗布対象面に吐出し、任意の場所に効率よく膜形成することができる。発振電力を制御することにより吐出角度を変化させ、１素子当たりの塗布面積を広くすると共に、連続的な吐出が可能となるため、塗布時間の短縮による生産性の向上を期待できる。
【００２３】
また、表面弾性波（レイリー波）の伝播経路の大部分を絶縁膜１１で覆うことによって、レイリー波が液体９によって減衰されるのを防ぐことができるので、発振器５に印加する電力を低減できる。つまり、塗布装置の消費電力を低減できる。さらに、絶縁膜１１の端面を制御することにより、吐出する液体９の吐出量や、吐出方向を細かく調節することも容易である。
【００２４】
また、ピエゾ式インクジェットユニットよりも安価な表面弾性波素子を用いることで塗布装置を安価に提供することが可能となる。  
本具体例に係る塗布装置は、プリンターとしてだけではなく、半導体装置の微細加工、液晶表示装置の製造などにおける様々な塗布工程に用いることができる。
【００２５】
次に、本発明の第２具体例について説明する。  
図４は、本発明の第２具体例に係る塗布装置１を例示する模式図である。すなわち、図４（ａ）は、本実施例に係る塗布装置１の模式断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った模式断面図である。  
本具体例の塗布装置は、貯液室７の大きさが、前述した実施形態に係る塗布装置と異なる。すなわち、本塗布装置においては、櫛歯電極３は貯液室７の外部に配置され、表面弾性波の伝播経路である基板２の上面のみに貯液室７が設けられている。
【００２６】
本具体例においても、表面弾性波の伝播面（基板２）の大部分と、櫛歯電極３の上面とを絶縁膜１１で覆っている。その結果、前述した具体例と同様に、伝播面上に貯液室７などの構成材を接触させると表面弾性波が減衰するが、絶縁膜１１を形成することによって、表面弾性波の伝播経路が伝播面と絶縁膜１１との界面となるので、絶縁膜１１上に貯液室７の構造材を接触させても表面弾性波の減衰が抑制される。この結果、貯液室７の封止性が改善されて、液体９の充填や液圧の制御性が格段に向上する
また、本具体例においても、櫛歯電極３と伝播面（基板２）との上面に絶縁膜１１を形成しているので、液体９によるレイリー波の減衰や、櫛歯電極３の損傷を防ぐことができ、前述した具体例と同様の効果も得ることができる。
【００２７】
次に、本発明の第３具体例について説明する。  
図５は、本発明の第３具体例に係る塗布装置１を例示する模式図である。すなわち、図５（ａ）は本具体例に係る塗布装置１の模式断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＣ−Ｃ線の沿ったの断面図である。
【００２８】
本具体例に係る塗布装置においては、表面弾性波の伝播経路に沿って、基板２上にＡｕやＡｌなどの薄膜からなる導波路１２を形成する。導波路１２は、表面弾性波の伝播方向と平行な方向に、櫛歯電極３の付近から吐出口１０に向かって延びており、導波路１２の出力部は吐出口１０に連通している。導波路１２の幅は、導波路１２の導入部（櫛歯電極３の付近）においては、櫛歯電極３の交差幅よりも大きく形成されていて、吐出口１０に近づくにつれて連続的もしくは不連続的に細くなるように形成されている。すなわち、導波路１２の導入部の幅Ｓ１は、出力部の幅Ｓ２よりも大きい。このような、導波路１２を形成することによって、表面弾性波を、櫛歯電極３の付近から吐出口１０に向かって効率的に導くことができる。
【００２９】
すなわち、前述した具体例のように、伝播面上に絶縁膜１１を直接形成すると、絶縁膜１１と伝播面との界面を表面弾性波が伝播する。そのため、表面弾性波が、絶縁膜方向や伝播面方向などの、伝播方向以外の方向に分散し、表面弾性波の指向性が悪化する場合がある。その結果、レイリー波の伝播面での減衰が大きくなったり、液体に作用する力が分散され、液吐出に必要な電力が大きくなったり、液吐出の方向性制御性が悪化する可能性がある。
【００３０】
これに対して、本具体例のように表面弾性波の伝播経路に沿って、基板２上に導波路１２を形成すると、櫛歯電極３で発生した表面弾性波が導波路１２内に導入され、吐出口１０までスムーズに伝播される。その結果、レイリー波の減衰や拡散が抑えられる。また、導波路１２の出力部の内径を制御することによっても、液体９へのレイリー波の作用点をより正確に制御することが可能となる。さらにまた、導波路１２の出力部の内径を櫛歯電極３の交差幅より細くすることで、表面弾性波が収束し、液吐出に必要な電力を小さくすることが可能となる。
【００３１】
また、本具体例においても、櫛歯電極３と伝播面（基板２）と導波路１２との上面に絶縁膜１１を形成しているので、液体９によるレイリー波の減衰や、櫛歯電極３の損傷を防ぐことができ、前述した具体例と同様の効果も得ることができる。
次に、本発明の第４具体例について説明する。  
図６は、本発明の第４具体例に係る、複数の塗布素子からなる塗布ユニットを例示する模式断面図である。また、図７は本具体例に係る塗布ユニットを用いて、塗布工程を表す模式斜視図である。
【００３２】
本具体例に係る塗布ユニット１５においては、前述した具体例の塗布装置１が一定間隔で複数個並べられている。すなわち、本具体例に係る塗布ユニット１５は、一定間隔で並べられた複数の圧電単結晶基板２と、各圧電単結晶基板２間に設けられた貯液室７と、各圧電単結晶基板２に接続されている発振器５とからなる。各圧電単結晶基板２の上面には、櫛歯電極３と絶縁膜１１がそれぞれ形成されていて、各貯液室７の下端に吐出口１０が設けられている。圧電単結晶基板２は、同一方向かつ一定間隔で、隣同士の基板２の伝播面と裏面とが対向する向きに、吐出口１０が下になるように並べられている。
【００３３】
このように、複数の塗布装置を備えた塗布ユニットによると、大面積の塗布対象面１４を、効率的に塗布することが可能である。また、発振器５からは、それぞれの櫛歯電極３に個別に電気信号を送ることができるので、塗布対象面の特定の位置だけに塗布することも可能である。例えば、複数種類のインクをそれぞれの貯液室７に充填すれば、マルチノズルヘッドによるカラー印刷が可能となる。
【００３４】
また、本具体例においても、櫛歯電極３と伝播面（基板２）との上面に絶縁膜１１を形成しているので、液体９によるレイリー波の減衰や、櫛歯電極３の損傷を防ぐことができ、前述した具体例と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例には限定されない。例えば、前述した各具体例は技術的に可能な範囲において互いに組み合わせることができ、このようにして得られたものも本発明の範囲に包含される。また、各具体例及び具体例を構成する構成材の形成方法も、形成の容易性及び形成後の品質等を考慮して、適宜選択することができる。
【００３６】
また、例えば、圧電単結晶基板２は、ＬｉＮｂＯ３だけには限定されず、ＬｉＴａＯ３や水晶、Ｂｉ１２ＧｅＯ２０（ＢＧＯ）などの単結晶やＰｄＺｒＯ３などの圧電セラミックス、ＺｎＯなどの圧電膜を石英基板などの上に形成されたものでもよい。
【００３７】
また、櫛歯電極３および導波路１２の材質を、ＡｕやＡｌ以外にもＣｕなどの金属膜で形成することもできる。さらに、絶縁膜１１はＳｉＯ２以外にもＡｌ２Ｏ３などの無機系絶縁膜や有機系絶縁膜でも構わない。
【００３８】
また、発振器５に、圧電単結晶基板２と櫛歯電極３とによって決定するインピーダンスとの整合を取るために、リアクタンスとコンダクタンス回路からなるマッチング回路を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１具体例に係る塗布装置を例示する模式図である。
【図２】絶縁膜１１に覆われた基板上をレイリー波が伝播する様子を表す模式図である。
【図３】比較例として、絶縁膜に覆われていない基板上をレイリー波が伝播する様子を表す模式図である。
【図４】本発明の第２具体例に係る塗布装置を例示する模式図である。
【図５】本発明の第３具体例に係る塗布装置を例示する模式図である。
【図６】本発明の第４具体例に係る塗布ユニットを例示する模式図である。
【図７】本具体例に係る塗布ユニットを用いて、塗布する様子を表す模式斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・塗布装置  ２・・圧電単結晶基板  ３・・櫛歯電極  ４・・電極パッド 
５・・発振器  ７・・貯液室  ８・・供給口  ９・・液体  １０・・吐出口
１１・・絶縁膜  １２・・導波路
【図１】
2007260576.tif 000003
【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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