(57)【要約】【課題】高精度な吐出量制御が可能で、装置信頼性が高いインクジェット装置を提供すること。【解決手段】インクを吐出するノズル、ノズルに連通する圧力室、圧力室に圧力を加える圧電素子、圧電素子に電圧を印可して駆動する駆動回路を有するインクジェット装置において、前記駆動回路は、同一の圧電素子に少なくとも二つの駆動回路が接続されており、さらにそれぞれの駆動回路の駆動電圧が異なり、駆動電圧の低い駆動回路の信号が先に印可されるよう構成する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室に圧力を加える圧電素子と、前記圧電素子に電圧を印可して駆動する駆動回路と、を有するインクジェット装置であって、
前記駆動回路は、同一の圧電素子に少なくとも二つの駆動回路が接続されており、それぞれの駆動回路の駆動電圧が異なると共に、駆動電圧の低い駆動回路の信号が先に印加されること、を特徴とするインクジェット装置。
【請求項２】
前記駆動電圧の低い駆動回路は、複数の圧電素子によって共有されている、請求項１記載のインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年インクジェット技術を用いて電子デバイスを製造する方法が注目を集めている。
【０００３】
インクジェット技術による製造は、蒸着技術などに比べ設備構成がシンプルで安価な製造が可能である。また、インクジェット技術は、直接パターニング技術であるため蒸着技術におけるマスクが不要で大型化が可能である。例えば、表示電子デバイスにおいては大画面への市場要求が高まり、インクジェット塗布による電子デバイス製造技術への期待は高まっている。
【０００４】
以下、有機ＥＬディスプレイを例に塗布による製造技術について説明する。
【０００５】
図１に有機ＥＬディスプレイの構造を示す。
【０００６】
同図において、有機ＥＬディスプレイは、基板１、陰極３２、発光層３０１Ｒ、発光層３０１Ｇ、発光層３０１Ｂ、陽極３３、及び、隔壁３１からなる。なお、基板１にはディスプレイを駆動するためのＴＦＴが内蔵されているが、ここでは図示しない。また、陰極３２の上層には封止膜やカラーフィルターなどが適宜配置されるが図示していない。
【０００７】
有機ＥＬディスプレイの場合、発光層としてＲＧＢの３色に対応した３種類があり、それぞれを３０１Ｒ、３０１Ｇ，３０１Ｂで表している。
【０００８】
隔壁３１は次の製造工程の説明において述べるインクジェット塗布において各画素に塗布するインクのパターニングに使用される。
【０００９】
また、インクとは、発光層材料を溶媒に溶かした溶液のことを言う。有機ＥＬの発光層の原料としては、ポリフルオレン系、ポリアリーレン系、ポリアリーレンビニレン系、アルコキシベンゼン、アルキルベンゼンなどの高分子材料が挙げられ、溶媒としては、トルエン、キシレン、アセトン、アニソール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキシルベンゼン等の単独または混合溶媒が挙げられる。隔壁３１を形成しているので、塗布されたインクは所望の画素領域に留まり、混色することなく高品位なディスプレイを実現できる。隔壁３１としては、フッ素を含む樹脂が使用され撥インク性を持っている。
【００１０】
このように構成されたデバイスは、陰極３２からの電子と陽極からの正孔が発光層内で結合し発光することで、ディスプレイとしての機能を果たす。
【００１１】
図２は、有機ＥＬの平面図である。有機発光層の高さの断面を示している。ＲＧＢともピクセル状にパターニングしてある例を示している。
【００１２】
それぞれのピクセル（「画素」ともいう）を発光させることで、テレビ等の表示装置として機能することができる。このピクセルが形成されている領域を表示領域という。画素の幅およびピッチは、５０〜１００μｍと微細であるので、インクジェットのような精密塗布技術が必要となる。
【００１３】
次に有機ＥＬディスプレイの製造工程について説明する。
【００１４】
まず、フォトリソグラフィの技術を用いて基板１上に陽極が形成される。次に、フォトリソグラフィの技術を用いて隔壁が作成される。その後、インクジェット印刷法によりＲＧＢの発光層のインクが塗布される。塗布されたインクは、塗布工程および次の工程で乾燥され、発光層のパターンが形成される。更にその後、発光層の上にスパッタリングなどの方法で陰極が形成される。
【００１５】
以下、インクジェット装置によるインクの塗布について説明する。
【００１６】
図３は、インクジェット装置（または液滴吐出装置）の概観図である。
【００１７】
図３に示すように、インクジェット装置は、架台４１とその上に設置された、基板搬送ステージ４２、ステージに対向するノズルヘッド５０からなる。ノズルヘッドは基板搬送ステージ４２を跨ぐ門型のガントリー４３に設置されている。塗布される基板１の大きさは、いわゆる第８世代のガラスではおよそ２ｍ×２．５ｍである。
【００１８】
図４にノズルヘッドの構造の主要部を示す。
【００１９】
ノズルヘッドは、インクを吐出する複数のノズル１００、ノズルに連通する圧力室１１０、圧力室の一部をなす振動板１１１、振動板を振動させる圧電素子１３０、圧電素子を挟む共通電極１２０、個別電極１２１を有する。他に図示しないインクの導入口を有する。また、インクを循環する種類のインクジェットヘッドにおいては、図示しないインクの排出口を有する。ノズルヘッドが有するノズルは、直径２０〜５０μｍで、１００〜５００μｍのピッチで１００〜３００穴並んでいる。
【００２０】
このように構成されたインクジェットヘッドは、次のように動作する。
【００２１】
共通電極１２０と、個別電極１２１の間に電圧を印加すると、圧電素子が変形する。圧電素子が変形すると、圧力室の容積が変化し、インクに圧力を加えることができる、その圧力でインクを吐出させている。
【００２２】
次に、インクジェット装置の塗布動作について説明する。
【００２３】
基板搬送ステージは図３（ａ）から図３（ｂ）のように移動する、この時基板搬送ステージ上に載置された基板１に向けて、ノズルヘッドからインクが吐出され、基板１の塗布領域４４にインクが塗布される。搬送ステージの速度は２０〜４００ｍｍ／ｓである。また、インクの吐出周波数は、１〜５０ｋＨｚである。ステージの位置を検出し吐出タイミングを制御することでピクセルパターンの塗布を行う。
【００２４】
有機ＥＬパネルの発光層は均一でなければならない。なぜなら、発光層が均一でないと、パネルとして輝度ムラが発生してしまうからである。それゆえ、各ノズルか均一にインクを吐出することが要求される。しかしながら、ノズルの加工精度や各部品の組立精度のバラツキから、各ノズルに同じ電圧を印可しても、均一に吐出できないので、ノズルごとに個別に印可する電圧を変える必要がある。更に、生産途中においてもノズル付近のインクの乾燥により、吐出量が変化することがあるので、ノズルごとに印可する電圧を変えていく必要がある。
【００２５】
そこで、特許文献１には、ノズルごとに電圧を変化させて吐出量を制御する技術が開示されている。特許文献２には、ノズルごとに電圧を切り替えることで吐出量を制御する技術が開示されている。しかしながら、従来技術では、駆動電圧の全体を変化させるので、駆動回路への負担が大きく信頼性が低かった。
【００２６】
図５、及び、図６を用いて、この点を説明する。
【００２７】
図５は、特許文献２に記載の駆動電圧である。特許文献２においては、圧電素子の印加する電圧を、ＣＯＭ１〜ＣＯＭ４の中から選択している。
【００２８】
このように駆動電圧を制御するための駆動回路の原理図を図６に示す。
【００２９】
図４と同様に、１２０が共通電極、１３０が圧電素子、１２１が個別電極で、それぞれ一つのノズルに対応している。図６では、ノズル２つの場合の構成で例示している。
【００３０】
図６において、４５０は電圧電源、４３０は抵抗ユニットである。ノズルごとに電圧を変えて吐出量を制御するためには個別制御部が必要となる。一般に駆動波形は図６のように抵抗ユニット４３０で分割された信号を選択スイッチ４２０で選択することによって制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】特開２０１１−００８９３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２１７８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
しかしながら、駆動電圧全体を抵抗素子Ｒ１，抵抗素子Ｒ２，抵抗素子Ｒ３で分割するので後述する本発明のインクジェット装置に比べて発熱が大きい。また、それぞれの回路部品に印加される電圧も、後述する本発明のインクジェット装置に比べて高くなる。これらの理由によって、インクジェット装置は経年劣化し信頼性が低いという問題があった。
【００３３】
そこで本願は、上記従来の問題を鑑み、その対策を提供するもので、発熱などによる経年劣化が抑制された信頼性が高いインクジェット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】
【００３４】
上記目的を達成するために、本発明のインクジェット装置は、インクを吐出するノズル、ノズルに連通する圧力室、圧力室に圧力を加える圧電素子、圧電素子に電圧を印加して駆動する駆動回路を有するインクジェット装置であって、前記駆動回路は、同一の圧電素子に少なくとも二つの駆動回路が接続されており、更に、それぞれの駆動回路の駆動電圧が異なり、駆動電圧の低い駆動回路の信号が先に印可されるよう構成することを特徴とする。
【００３５】
このような構成により、前振動の駆動電圧は低いので、吐出量を制御するための回路からの発熱を抑制できる。その結果、駆動回路の負担が小さく信頼性を高めることを可能とする。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように、本発明によれば、吐出量を制御するための回路からの発熱を抑制できるので、装置信頼性が高いインクジェット装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】有機ＥＬパネルの断面図
【図２】有機ＥＬパネルの平面図
【図３】インクジェット装置の概観図
【図４】インクジェットヘッドの概略図
【図５】特許文献２記載の駆動波形を示す図
【図６】従来の駆動回路の原理図
【図７】本発明実施の形態１の駆動回路の原理図
【図８】本発明の駆動波形を示す図
【図９】本発明の駆動波形を示す図
【図１０】本発明実施の形態２の駆動回路の原理図
【図１１】本発明実施の形態２に関わるノズル配置図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
図７は、本発明の実施の形態における駆動回路の構成原理図である。
【００４０】
図７において、１３０は圧電素子、１２０は共通電極、１２１は個別電極である。
【００４１】
圧電素子は各ノズルに対応している。共通電極は接地されている。また、５２０は選択スイッチである。５３０は前振動電圧を分割する抵抗ユニットである。端子５２１は圧電素子に接続されている。端子５２２，端子５２３，端子５２４，端子５２５は、抵抗ユニットに接続されている。前振動に関しては後述する。
【００４２】
また、５４０は前振動電圧を供給するための電圧源であり、５５０は主振動電圧を供給するための電圧源である。主振動に関しては後述する。
【００４３】
５６１，５６２は前振動のタイミングスイッチである。５７１，５７２は主振動のタイミングスイッチである。
【００４４】
次に、本発明のインクジェット装置の動作について説明する。
【００４５】
図８は、本発明において、ノズルから一滴のインクを吐出する際、圧電素子に印加される駆動波形を表す。図８において横軸は時間、縦軸は個別電極１２１に印加する電圧である。
【００４６】
本発明のインクジェット装置において、個別電極に２回の電圧を印加する。
【００４７】
先に印可する電圧Ｖ１を前振動駆動電圧と呼ぶことにする。電圧Ｖ１は０〜５０Ｖである。後から印可する電圧Ｖ２を主振動駆動電圧と呼ぶことにする。電圧Ｖ２は２０〜１００Ｖである。前振動駆動電圧を印可すると、圧電素子１３０が変形し、図４のノズル１００において、インクメニスカスが振動する。これを前振動と呼ぶ。前振動は、インクがノズルから吐出しない程度に行われる。
【００４８】
前振動の後に主振動駆動電圧を印加して圧電素子を変形させることにより、ノズルからインクを吐出させる。前振動を発生させて後、主振動によりインクを吐出させると、前振動の分だけインクを押し出す力を補助することができる。よって、前振動の大きさを変えることで、吐出させるインクの液滴量を変化させることができる。電圧Ｖ１は０〜５０Ｖ、電圧Ｖ２は２０〜１００Ｖで制御することで、４〜２０ｐｌの液滴量制御が可能である。
【００４９】
図９は、各ノズル毎のばらつきを抑制するために調整された駆動波形を表す。
【００５０】
図９（ａ）、図９（ｂ）の駆動波形で比較すると、前振動駆動電電圧の大きい図９（ｂ）の駆動波形の方が吐出させたインクの液滴の量が大きい。
【００５１】
次に、図７のインクジェット装置の駆動回路において、図８の駆動波形を生成する方法について述べる。
【００５２】
まず、端子５２１と端子５２２，端子５２３，端子５２４，端子５２５のいずれかをスイッチで結ぶ。スイッチ５２２，スイッチ５２３，スイッチ５２４，スイッチ５２５の順に前振動波形の電圧は高くなる。次に、前振動タイミングスイッチ５６１，５６２を「ｏｎ」にし、所定の時間をおいて、「ｏｆｆ」することにより、前振動駆動波形を生成する。
【００５３】
次に、主振動タイミングスイッチ５７１，５７２を「ｏｎ」にし、所定の時間をおいて、「ｏｆｆ」することにより、主振動駆動波形を生成する。
【００５４】
その際、前振動によるノズルメニスカス振動に同期させて、主振動でノズルメニスカス振動をさらに増幅させるために、主振動タイミングスイッチ５７１，５７２の「ｏｎ／ｏｆｆ」それぞれの切り替えを行うとより効果的である。
【００５５】
以上のようにして図８の駆動波形を生成する。前振動の電圧は、吐出検査により、決定される。すなわち、製品となる基板に塗布する前に、インクを各ノズルより吐出させ各ノズルからの吐出量を測定する。そして、その測定値に応じて、前振動駆動波形の電圧をスイッチの切り替えで選択する。例えば、吐出量が少ないノズルの圧電素子に対しては、高電圧側のスイッチを選択し、吐出量が多いノズルの圧電素子に対しては、低電圧側のスイッチを選択する。
【００５６】
このようにして、すべてのノズルからの吐出量を均一にすることができるので、ムラのにない高品位な有機ＥＬパネルを製造することができる。
【００５７】
本発明においては、各ノズルからの液滴量の制御を、前振動専用の駆動回路（選択スイッチ５２０，抵抗ユニット５３０，前振動電圧源５４０で構成）で制御している。前振動の電圧は低いので抵抗ユニット５３０（電圧制御部）に流れる電流は小さく、発熱が小さい。このことにより、駆動回路系の経年劣化を抑制し信頼性の高いインクジェット装置を提供することができる。
【００５８】
また、主振動における「ｏｎ／ｏｆｆ」スイッチ切り替えタイミングを調整することによって、各ノズルからの吐出量を調整することもできる。例えば、前振動によるノズルメニスカス振動に同期させて主振動を駆動すると吐出量を多くすることができ、振動周期や位相を意図的にずらして主振動を駆動すると吐出量を少なくすることができる。
【００５９】
なお、以上の説明で使用したスイッチや電圧制御部の構成部品とし、トランジスタやダイオードやデジタル信号処理用のＩＣを使用できることは言うまでもない。
【００６０】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２の駆動回路の原理構成図である。図１０において、図７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。なお、実施の形態２は、複数の圧電素子が前振動駆動回路を共有している点が、実施の形態１と異なる。
【００６１】
前振動タイミングスイッチ５６１，５６２は個別に設けられるが、選択スイッチ５２０（切り換えスイッチ）と電圧を分割する抵抗ユニット５３０と前振動電圧電源を共有している。この構成は、各ノズルが同時の吐出するタイミングが発生しない構成において可能となる。
【００６２】
図１１は、実施の形態２におけるノズルヘッド配置図を表す。
【００６３】
例えば、図１１に示すようにノズルヘッド５０を基板１の相対移動方向に対して傾斜させて、ノズルヘッドと基板を相対移動させ、塗布領域３１に対して順次吐出する構成をとる場合、各ノズル１００が同時の吐出するタイミングが発生しない。
【００６４】
図１０に示される駆動回路は次のように動作する。
【００６５】
塗布領域３１に到達したノズルに対して、
（１）まず、端子５２１と端子５２２，端子５２３，端子５２４，端子５２５のいずれかをスイッチで結ぶ。
（２）スイッチ５２２，スイッチ５２３，スイッチ５２４，スイッチ５２５の順に前振動波形の電圧は高くなる。
（３）次に、前振動タイミングスイッチ５６１を「ｏｎ」にし、所定の時間をおいて、「ｏｆｆ」にすることにより、前振動駆動波形を生成する。
（４）次に、主振動タイミングスイッチ５７１を「ｏｎ」にし、所定の時間をおいて、「ｏｆｆ」にすることにより、主振動駆動波形を生成する。
【００６６】
このように、塗布領域に到達したノズルからインクが吐出される。
【００６７】
次に、ノズルに引き続き塗布領域に到達したノズルに対して同様の動作（１）から（４）を実施し、ノズルからインクを吐出させる。すべてのノズルに対して一つの前振動駆動回路を使用するのではなく、同時に吐出しない複数のノズル群に対して一つの前振動駆動回路を使用してもよい。
【００６８】
このような実施の形態２の駆動回路構成によると、各ノズルからの液滴量の制御を、前振動専用の駆動回路で制御している。前振動の電圧は低いので電圧制御部に流れる電流は小さく、発熱が小さい。このことにより、駆動回路系の経年劣化を抑制し信頼性の高いインクジェット装置を提供することができる。
【００６９】
加えて、実施の形態２の構成では、前振動駆動回路の数を減らせるので、駆動回路の間隔を実施の形態１よりも広く取った配置が可能になり、放熱を促進することができる。
【００７０】
このことによって、さらに発熱による経年劣化を抑制できるので、インクジェット装置の信頼性を向上することができる。
【００７１】
なお、以上の説明で使用したスイッチや電圧制御部の構成部品とし、トランジスタやダイオードやデジタル信号処理用のＩＣを使用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、有機ＥＬの発光層の塗布やカラーフィルターの色材料の塗布に使用されるインクジェット装置に適用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１２０  共通電極
１２１  個別電極
１３０  圧電素子
４２０，５２０  選択スイッチ
４３０，５３０  抵抗ユニット
５４０  前振動電圧源
５５０  主振動電圧源
５６１  前振動タイミングスイッチ
５７１  主振動タイミングスイッチ
【図１】
2013045821.tif 000003
【図２】
2013045821.tif 000004
【図３】
2013045821.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013045821.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013045821.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2013045821.tif 000013