(57)【要約】【課題】効率よくワークの描画処理を行うとともに、機能液の着弾位置精度を向上させる。【解決手段】複数のノズルからノズル列を有する吐出ヘッドと、ワークが載置されるステージと、前記吐出ヘッドと前記ステージとを主走査方向に相対移動させる移動部と、各前記ノズルに対応して液滴を吐出させる制御部と、を備え、前記ノズル列を前記主走査方向に対して垂直方向に透視した場合の前記ノズル間の距離が、吐出分解能の整数倍となるように、前記吐出ヘッドの前記ノズル列が、前記主走査方向に対して斜めに交差して配置された。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルからなるノズル列を有する吐出ヘッドと、
ワークが載置されるステージと、
前記吐出ヘッドと前記ステージとを主走査方向に相対移動させる移動部と、
各前記ノズルに対応して液滴を吐出させる制御部と、を備え、
前記ノズル列を前記主走査方向に対して垂直方向に透視した場合の前記ノズル間の距離が、吐出分解能の整数倍となるように、前記吐出ヘッドの前記ノズル列が、前記主走査方向に対して斜めに交差して配置されたことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出装置において、
前記液滴を吐出する吐出タイミング信号を生成するエンコーダーを備え、
前記ノズル列を前記主走査方向に対して垂直方向に透視した場合の前記ノズル間の距離が、エンコーダー分解能の整数倍となるように、前記吐出ヘッドのノズル列が、前記主走査方向に対して斜めに交差して配置された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、液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、カラーフィルター等を製造する液滴吐出装置としては、複数のノズルを有する吐出ヘッドと、ワークとしての基材等が載置されるステージと、を備え、吐出ヘッドとステージとを相対的に往復走査させながら、基材上に区画形成された区画領域（画素領域）に向けてノズルから機能液を液滴として吐出させ、区画領域内に機能液を塗布させるものが知られている。この液滴吐出装置では、吐出ヘッドのノズル配列を走査方向に対して垂直方向に配置させた状態で吐出ヘッドと基材とを相対的に走査させている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４７３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、液晶表示装置等の高画質化に伴い、基材上の区画領域が微細化されている。このため、上記の液滴吐出装置のように、吐出ヘッドのノズル配列を走査方向に対して垂直方向に配置させた状態で走査させながら液滴を吐出する方式では、一つの区画領域に対応するノズルの数が少なくなり、一つの区画領域内に所定量の機能液を塗布させるために、吐出ヘッドと基材とを互いに走査する回数を増やす必要が生じる。このため、機能液の塗布処理にかかる工数が増えてしまう、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる液滴吐出装置は、複数のノズルからなるノズル列を有する吐出ヘッドと、ワークが載置されるステージと、前記吐出ヘッドと前記ステージとを主走査方向に相対移動させる移動部と、各前記ノズルに対応して液滴を吐出させる制御部と、を備え、前記ノズル列を前記主走査方向に対して垂直方向に透視した場合の前記ノズル間の距離が、吐出分解能の整数倍となるように、前記吐出ヘッドのノズル列が、前記主走査方向に対して斜めに交差して配置されたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、ノズル列が主走査方向に対して斜めに配置されるため、主走査方向におけるノズル間ピッチが狭くなる。これにより、例えば、カラーフィルターの製造にあっては、カラーフィルターの基材上に区画された区画領域（画素領域）に対応するノズルの数が増える（ノズル密度が高まる）ため、吐出ヘッドとステージとの走査数が低減され、カラーフィルター等のパターン膜部材の生産性を向上させることができる。さらに、主走査方向に対して垂直方向におけるノズルピッチが吐出分解能の整数倍に設定される。すなわち、吐出タイミングが、主走査方向に対して垂直方向におけるノズルピッチに同期するため、ノズル列が、主走査方向に対して斜めに配置されていても、所望する液滴の着弾位置に液滴を着弾させることができる。これにより、例えば、カラーフィルターの製造にあっては、液滴の着弾位置精度が高まり、隣接する区画領域に塗布された機能液同士の接触を防止し、混色等の発生を低減させることができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかる液滴吐出装置では、前記液滴を吐出する吐出タイミング信号を生成するエンコーダーを備え、前記ノズル列を前記主走査方向に対して垂直方向に透視した場合の前記ノズル間の距離が、エンコーダー分解能の整数倍となるように、前記吐出ヘッドのノズル列が、前記主走査方向に対して斜めに交差して配置されたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、吐出タイミングを容易に求めることができるため、主走査方向に対するノズル列の配置処理を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】液滴吐出装置の構成を示す斜視図。
【図２】吐出ヘッドの構成を示す概略図。
【図３】液滴吐出装置の電気的構成を示すブロック図。
【図４】ノズル列の配置方法を示す模式図。
【図５】液滴吐出装置おける液滴の吐出動作を示す模式図。
【図６】各ノズルを制御する吐出タイミング信号を示す波形図。
【図７】ビットマップを示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材ごとに縮尺を異ならせて図示している。また、本実施形態では、液滴吐出装置を、パターン膜形成部材としてのカラーフィルターの製造に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１２】
（液滴吐出装置の構成について）
まず、液滴吐出装置の構成について説明する。図１は、液滴吐出装置の構成を示す斜視図であり、図２は、吐出ヘッドの構成を示す概略図である。図１に示すように、液滴吐出装置１は、複数のノズルを有する吐出ヘッド３と、ワーク５が載置されるステージ４と、吐出ヘッド３とステージ４とを主走査方向に相対移動させる移動部９と、各ノズルに対応して液滴を吐出させる制御部２等を備えている。液滴吐出装置１では、制御部２が吐出ヘッド３やステージ４や移動部９等の動作を制御することによって、ステージ４に載置されたワーク５に向けて吐出ヘッド３から液滴を吐出させ、ワーク５上に所定のパターンを形成させるものである。なお、本実施形態において、吐出ヘッド３とステージ４とが相対移動する主走査方向をＹ軸方向とし、主走査方向に対して垂直な方向をＸ軸方向とし、ＸＹ平面内における面内回転方向をθ方向とする。
【００１３】
吐出ヘッド３は、基台６から立設する支柱７、７間にステージ４を跨ぐよう架設された案内部材８に移動可能に設けられている。そして、図２（ｂ）に示すように、吐出ヘッド３のノズルプレート６０には、ノズル３１が多数穿設されている（例えば、１８０個のノズルが一列に穿設されている）。吐出ヘッド３は、図２（ａ）に示すように、機能液を貯留するキャビティ３２と、キャビティ３２に連通するノズル３１と、キャビティ３２内に貯留された機能液をノズル３１から液滴３６として吐出する液滴吐出手段とを有した構成となっている。本実施形態における液滴吐出手段では、圧電素子（ピエゾ素子）３５を適用しており、振動板３４の面に接着固定されている。そして、圧電素子３５に所望の電圧波形を供給することによって、振動板３４が変位することにより、キャビティ３２内の容積が変化し、ノズル３１から所定量の液滴３６が吐出される。なお、吐出ヘッド３の液滴吐出手段としては、上記の圧電素子３５を用いた電気機械変換体以外でもよく、例えば、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いた方式や、帯電制御型、加圧振動型といった連続方式、静電吸引方式さらにはレーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用で液状体を吐出させる方式を採用することもできる。
【００１４】
ステージ４は、被吐出物であるワーク５を位置決めして載置するピン（図示せず）などを備える載置部４ａと、当該載置部４ａをＸＹ平面上で面内回転可能に連結されたベース部４ｂ等によって構成されたものである。また、ベース部４ｂには、エンコーダー４ｃが設けられている。このエンコーダー４ｃは、基台６のＹ軸方向に沿って設けられたリニアスケール１５のスケールを読み取るものであって、これによってＹ軸方向のステージ４の位置を検出することが可能となる。リニアスケール１５のスケールは、メートル系単位で設けられていてもよいし、ＤＰＩ系単位で設けられていてもよい。ステージ４に載置されるワーク５は、パターンが形成される被吐出物であり、例えば、カラーフィルターや有機ＥＬ装置等のパターン膜形成部材を構成する基材等である。
【００１５】
移動部９は、ステージ４をＹ軸方向に沿って移動させるものである。本実施形態における移動部９は、Ｙ軸方向上に配列した永久磁石１０と、ステージ４のベース部４ｂの下側に固設したプレート１１にＹ軸方向に沿って、かつ、永久磁石１０に近接させて配列した複数のコイル（図示せず）とから構成されるリニアモーターである。
【００１６】
制御部２は、液滴吐出装置１の各構成要素に電気的に接続されたものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力用のインターフェース、発振回路等がバス接続されたコンピューターである。このような制御部２は、予め入力されたプログラムに応じて液滴吐出装置１を統括して制御するようになっている。
【００１７】
（液滴吐出装置の電気的構成）
次に、液滴吐出装置の電気的構成について説明する。図３は、液滴吐出装置の電気的構成を示すブロック図である。図３に示すように、制御部２は、液滴吐出データ設定値入力部２０と、吐出ヘッド設定値入力部２２と、ＣＡＤデータ操作部２４と、ビットマップデータ作成部２６と、ビットマップ処理部２８と、液滴吐出データ作成部３０と、液滴吐出データ転送部３２と、スイッチ群３４と、吐出ヘッド駆動部３８と、吐出ヘッド駆動制御部４０と、吐出ヘッド位置検出部４２と、液滴吐出タイミング制御部４４と、を有している。
【００１８】
液滴吐出データ設定値入力部２０は、ワーク５の寸法と、ワーク５を複数のチップ（領域）として切り出すためのチップの寸法と、隣接するチップのピッチ（相互間隔）と、画素（パターン）の配列と、画素の個数と、画素の寸法（画素の縦、横のサイズ）と、隣接する画素のピッチ（相互間隔）と、を設定する機能を有している。
【００１９】
吐出ヘッド設定値入力部２２は、画素を形成するために必要な液滴量と、画素を形成するために必要な吐出ヘッド３とワーク５とのパス数（相対移動の動作回数）と、使用する吐出ヘッド３の個数及び吐出ヘッド３の配置を設定する機能を有している。
【００２０】
ＣＡＤデータ操作部２４は、ワーク５に形成すべきパターンの設計図となるＣＡＤデータを生成する機能を有し、図形情報（ベクトルデータ、図形の属性等のデータ）を入力するための入力手段と、図形処理機能を有するワークステーション等から構成されている。ここでＣＡＤデータは、ＤＰＩ系の単位で生成してもよく、メートル系の単位で生成してもよい。
【００２１】
ビットマップデータ作成部２６は、ＣＡＤデータから要求される分解能をビットマップデータに変換する機能を有している。ビットマップデータは、例えば、図７に示すビットマップを形成するデータである。
【００２２】
ビットマップ処理部２８は、ビットマップデータ作成部２６により作成されたビットマップデータを吐出ヘッド３の個数、配置、あるいは液滴３６のワーク５への着弾径を考慮した回路パターンの細線化の要求に応じて変更する処理を行う。
【００２３】
液滴吐出データ作成部３０は、所望のパターンサイズとなるように液滴３６が着弾した際の着弾径を考慮し、液滴吐出データ（バイナリーの時系列データ）を作成するものである。すなわち、液滴吐出データ作成部３０は、ビットマップ処理部２８の処理結果と、液滴吐出データ設定値入力部２０及び吐出ヘッド設定値入力部２２の出力信号とに基づいて、各ノズル３１の駆動データを含む液滴吐出データを作成する。
【００２４】
液滴吐出データ転送部３２は、液滴吐出データ作成部３０から出力される液滴吐出データを吐出ヘッド３の液滴吐出手段に転送する機能を有する。
【００２５】
スイッチ群３４は、液滴吐出データ転送部３２と吐出ヘッド３との間に設けられ、吐出ヘッド３に含まれる複数の各駆動部に１対１に対応して接続され、液滴吐出データ転送部３２から転送される記録データによりオン、オフ状態に設定される複数のスイッチから構成されている。
【００２６】
ヘッド駆動部３８は、吐出ヘッド３と一体化しており、例えば、リニアモーターであり、吐出ヘッド３をワーク５の搬送方向と直交する方向に移動させる。
【００２７】
ヘッド駆動制御部４０は、図示してないシステムの上位コントローラーの指示に基づいてヘッド駆動部３８を駆動制御する。
【００２８】
ヘッド位置検出部４２は、ワーク５が載置されるステージ４の位置の変位量、即ち、ワーク５上における吐出ヘッド３の相対位置を検出する機能を有するものである。当該ヘッド位置検出部４２は、前述のエンコーダー４ｃに相当する。
【００２９】
液滴吐出タイミング制御部４４は、ヘッド位置検出部４２の検出出力に基づいて、スイッチ群３４の動作を制御する。そこで、スイッチ群３４の各スイッチは、液滴吐出データ転送部３２から送られてきた液滴吐出データと液滴吐出タイミング制御部４４から送られてきた吐出ヘッド３の位置を示すデータとによりオン／オフ状態が制御され、その各スイッチにより各圧電素子３５の駆動タイミングが制御され、各ノズル３１から液滴が吐出される液滴吐出タイミングが制御される。
【００３０】
次に、液滴吐出装置１の具体的な吐出ヘッド３の配置構成や液滴吐出の制御方法等について説明する。まず、吐出ヘッド３のノズル列の配置方法について説明する。図４は、ノズル列の配置方法を示す模式図である。吐出ヘッド３は、先述したように、複数のノズル３１を備えている。なお、説明を容易にするため、本実施形態では、７つのノズル３１（３１ａ〜３１ｇ）を備えた吐出ヘッド３を例に挙げて説明する。吐出ヘッド３は、複数のノズル３１が、一列に配置されたノズル列ＮＬを有している。そして、隣接するノズル３１間のノズルピッチＮＰは、いずれも等しくなっている。
【００３１】
そして、図４に示すように、吐出ヘッド３のノズル列ＮＬは、主走査方向（Ｙ軸方向）に対して斜めに交差するように配置されている。そして、このとき、ノズル列ＮＬを主走査方向に対して垂直方向（Ｘ軸方向）に透視した場合のノズル３１間の距離（ピッチ）ＮＰｂが、吐出分解能ｄの整数倍となっている。ここで、吐出分解能ｄとは、主走査方向における吐出ヘッド３（ノズル３１）とワーク５との相対移動速度と、機能液を液滴３６として吐出させる吐出周波数と、で定まる液滴の吐出間隔である。換言すれば、吐出ヘッド３とワーク５とを相対的に移動させながら、吐出ヘッド３から液滴３６を吐出させた過程において、あるタイミングで液滴３６が吐出され、その液滴３６がワーク５に着弾した位置を第１位置とし、その吐出から最も速いタイミングで液滴３６が吐出され、その液滴３６がワーク５に着弾した位置を第２位置とした場合に、吐出分解能は、第１位置と第２位置との距離（ｄ）であり、液滴３６を吐出可能な最小単位で表される。
【００３２】
なお、本実施形態では、エンコーダー分解能を吐出分解能として説明する。先述したように、本実施形態の液滴吐出装置１では、エンコーダー４ｃを備えている。そこで、エンコーダー４ｃから出力されるエンコーダーパルスに基づいて、吐出タイミング信号が生成される。その生成された吐出タイミング信号の１周期（図６（ａ）参照）がエンコーダー分解能ｄとして表される。従って、本実施形態の吐出ヘッド３は、ノズル列ＮＬを主走査方向に対して垂直方向に透視した場合のノズル３１間の距離が、エンコーダー分解能ｄの整数倍となるように、吐出ヘッド３のノズル列ＮＬが、主走査方向に対して斜めに配置される。なお、本実施形態では、ノズル列ＮＬを主走査方向に対して垂直方向に透視した場合のノズル３１間の距離ＮＰｂが、エンコーダー分解能ｄの２倍となるように、吐出ヘッド３のノズル列ＮＬが、主走査方向に対して斜め（θ）に配置される。
【００３３】
また、ノズル列ＮＬを主走査方向に対して斜めに配置することにより、主走査方向におけるノズル３１間の距離ＮＰａは、主走査方向に対してノズル列を垂直方向に配置した場合の主走査方向におけるノズルピッチＮＰよりも短く（狭く）なる。すなわち、主走査方向におけるノズル３１の配置密度が高まり、例えば、ワーク５に区画された区画領域（画素領域）Ｄに対応するノズル３１の数が増えるため、１回の走査でより多くの液滴３６を区画領域Ｄに付着させることができる。これにより、カラーフィルターの製造を迅速化させることができる。
【００３４】
次に、液滴吐出の制御方法について説明する。図５は、液滴吐出装置おける液滴の吐出動作を示す模式図である。図５に示すように、吐出ヘッド３のノズル列ＮＬが、主走査方向に対して斜めに交差された状態で配置され、液滴吐出ヘッド３とワーク５が載置されたステージ４とを主走査方向に相対移動させながら、吐出タイミング信号に基づいて各ノズル３１ａ〜３１ｇから液滴３６が吐出される。ここで、ノズル列ＮＬは、主走査方向に対して傾いて配置されているが、ノズル列ＮＬを主走査方向に対して垂直方向（Ｘ軸方向）に透視した場合のノズル３１間の距離（ピッチ）ＮＰｂが、エンコーダー分解能ｄの整数倍であるため、ノズル列ＮＬとステージ４とが主走査方向に相対的に移動させる過程において、吐出タイミング信号が出力される全てのノズル３１ａ〜３１ｇを所望の吐出位置と一致させることができる。すなわち、各ノズル３１ａ〜３１ｇから吐出された液滴３６の着弾位置ずれがない。
【００３５】
図６は、各ノズルを制御する吐出タイミング信号を示す波形図である。制御部２では、各ノズル３１ａ〜３１ｇの吐出タイミングを制御するため、図６（ａ）に示すように、一定周期のパルス信号からなる吐出タイミング信号を用いている。そして、制御部２は、吐出タイミング信号に同期させて各ノズル３１ａ〜３１ｇの吐出タイミングを制御する。図６（ｂ）〜（ｈ）は、ノズル３１ａ〜３１ｇの吐出タイミングを規定している。この場合、例えば、ノズル３１ａへのノズル信号は吐出タイミング信号における第６，第７，第８パルスに同期してハイ・レベルとなっているので、このタイミングで液滴３６が吐出される。
【００３６】
そして、例えば、ワーク５に形成された区画領域Ｄ１，Ｄ２に機能液を付着させる場合において、図５に示すように、ノズル３１ａに対して、第６，第７，第８吐出タイミングで液滴３６を吐出させる。ノズル３１ｂに対して、第８，第９，第１０吐出タイミングで液滴３６を吐出させる。ノズル３１ｃに対して、第１０，第１１，第１２吐出タイミングで液滴３６を吐出させる。これにより、区画領域Ｄ１に所定量の機能液が塗布される。符号３６’は、ワーク５に付着した液滴ドットを示す。ノズル３１ｄに対しては、吐出信号が発生せず、液滴３６は吐出されない。ノズル３１ｅに対して、第１４，第１５，第１６吐出タイミングで液滴３６を吐出させる。ノズル３１ｆに対して、第１６，第１７，第１８吐出タイミングで液滴３６を吐出させる。ノズル３１ｇに対して、第１８，第１９，第２０吐出タイミングで液滴３６を吐出させる。これにより、区画領域Ｄ２に所定量の機能液が塗布される。
【００３７】
次に、本実施形態の液滴吐出装置が備えているビットマップについて説明する。図７は、ビットマップを示す概念図である。このビットマップ１００は、エンコーダー分解能ｄから生成される吐出タイミング信号の周期（間隔）をもって配置されている線からなるノズル列ラインＮＬ’と、主走査方向に対して平行に配置された複数の仮想的な線からなる走査ラインＳＬとを示す情報からなる。
【００３８】
そして、各ノズル列ラインＮＬ’は、吐出タイミング間隔で区切られたＸ軸の座標で特定され、各走査ラインＳＬは、画素ピッチで区切られたＹ軸の座標で特定される。例えば、Ｙ軸の座標は被吐出物の区画領域ＤのＹ軸を特定し、Ｘ軸は各ノズル３１ａ〜３１ｇの吐出タイミングを特定する。
【００３９】
ビットマップ１００にはワーク５における吐出位置を規定する塗布パターン情報が含まれており、その塗布パターン情報はＸ軸座標及びＹ軸座標で特定される。このようなビットマップ１００は、ワーク５に形成すべきパターンの設計図となるＣＡＤデータについて、ビットマップデータ作成部２６が所定の処理を施すことで生成される。本実施形態における液滴吐出装置１の制御部２は、このビットマップ１００を用いて吐出ヘッド３の各ノズル３１ａ〜３１ｇの吐出タイミングを制御するので、簡便な操作により、任意の塗布パターンについて高解像度にかつ迅速に液滴を塗布することができる。さらに、主走査方向に吐出タイミング（エンコーダー分解能ｄ）がノズルピッチＮＰｂに同期しているため、各ノズル３１ａ〜３１ｇにおける液滴の着弾位置のずれが発生しない。
【００４０】
従って、上記の実施形態によれば、以下に示す効果がある。
【００４１】
（１）ノズル列ＮＬが主走査方向に対して斜めに配置された。これにより、主走査方向におけるノズル間ピッチＮＰａが狭まる。従って、例えば、カラーフィルターの製造にあっては、ワーク５に形成された区画領域Ｄに対応するノズル３１の数が増える（ノズル密度が高まる）ため、吐出ヘッド３とステージ４との走査数が低減され、カラーフィルター等のパターン膜部材の生産性を向上させることができる。
【００４２】
（２）主走査方向に対して垂直方向におけるノズルピッチＮＰｂが、エンコーダー分解能ｄの整数倍に設定される。すなわち、エンコーダー４ｃによって生成される主走査方向において液滴が吐出される吐出タイミングが、主走査方向に対して垂直方向におけるノズルピッチＮＰｂに同期するため、主走査方向に対して垂直方向における液滴３６の着弾位置を所望する着弾位置に一致させることができる。これにより、例えば、カラーフィルターの製造にあっては、液滴３６の着弾位置精度が高まり、隣接する区画領域Ｄ１，Ｄ２に塗布された機能液同士の接触を防止し、混色等の発生を低減させることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…液滴吐出装置、２…制御部、３…吐出ヘッド、４…ステージ、４ｃ…エンコーダー、５…ワーク、９…移動部、１５…リニアスケール、３１，３１ａ〜３１ｇ…ノズル、３６…液滴、ＮＬ…ノズル列、ＮＰｂ…ノズル列ＮＬを主走査方向に対して垂直方向に透視した場合のノズル間の距離。
【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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