(57)【要約】【課題】ノズルから吐出されるインクの量と吐出速度を制御可能なインクの吐出方法およびインクジェット塗布装置を提供する。【解決手段】ヘッド１内には、インクが充填される液室内の圧力を変化させる圧力発生素子があり、液室には、インクを吐出するノズルが設けられている。ノズルから吐出されたインク滴は、吐出状態観測装置２において、異なるタイミングで２回撮像され、得られた画像からインクの吐出速度が取得される。制御装置６では、ノズルから吐出されるインクの吐出量と吐出速度がそれぞれ独立に制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクが充填される液室と、前記液室内の圧力を変化させる圧力発生素子と、前記液室に設けられたノズルとを備えたヘッドを用いて、前記ノズルから前記インクを吐出するインクの吐出方法において、
前記ヘッドは前記ノズルを複数備えており、
各ノズルから吐出されるインクの吐出量が均一となるように、前記圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を電圧方向に変化させる工程と、
各ノズルから吐出されるインクの吐出速度が均一となるように、前記圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を時間方向に変化させる工程とを有することを特徴とするインクの吐出方法。
【請求項２】
前記電圧の駆動波形を電圧方向に変化させる工程は、ノズル毎に行われることを特徴とする請求項１に記載のインクの吐出方法。
【請求項３】
前記電圧の駆動波形を時間方向に変化させる工程は、ノズル毎に行われることを特徴とする請求項１または２に記載のインクの吐出方法。
【請求項４】
前記吐出量および前記吐出速度の少なくとも一方は、前記ノズルから吐出されたインク滴に、前記インク滴の吐出タイミングと同期して発光する照明光を照射して、前記インク滴をカメラで撮像し、得られた画像に基づいて求められることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクの吐出方法。
【請求項５】
インクが充填される液室と、前記液室の内部の圧力を変化させる圧力発生素子と、前記液室に設けられたノズルとを備えたヘッドと、
前記ノズルから吐出される前記インクの吐出量と吐出速度をそれぞれ独立に制御する制御装置とを有するインクジェット塗布装置。
【請求項６】
前記ノズルから吐出されるインク滴の吐出タイミングと同期して発光する照明光と、前記照明光によって照射されたインク滴を撮像するカメラとを備えた吐出状態観測装置をさらに有することを特徴とする請求項５に記載のインクジェット塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクの吐出方法およびインクジェット塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空蒸着法やスパッタリング法などで基板の全面にインクを塗布した後、フォトリソグラフィ法によって、塗布膜を所望のパターンに加工することが行われている。しかし、フォトリソグラフィ法は、工程が煩雑である上に、使用するインクの無駄が大きいという問題を有する。
【０００３】
これに対して、インクジェット法によって、基板上にインクを塗布することも行われている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によれば、所望のパターンを有する塗布膜を、基板上に直接形成できる。したがって、上記した方法に比べて、工程を短縮できるだけでなく、使用するインクの無駄を減らすこともできる。
【０００４】
インクジェット塗布装置としては、ピエゾ素子（圧電素子）などの圧力発生素子によってインクの吐出を制御するものが知られている。この装置では、ヘッドが、ノズルと圧力発生素子とをそれぞれ複数有していることが多い。この場合、圧力発生素子が有する個別電極と共通電極である振動板とにパルス電圧を印加すると、圧力発生素子が伸縮する。この伸縮は振動板によって拘束されるために、振動板はその厚み方向に撓み変形する。すると、液室内のインク容積が変化し、それによる圧力でノズルからインク滴が吐出される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６９４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ヘッドに設けられたノズルには、製造時の寸法ばらつきなどに起因する個体差がある。このため、各ノズルから吐出されるインクの量は均一でなく、ノズル間でばらつきがある。また、インクの吐出速度にもばらつきがあり、ノズルによって基板へのインクの着弾位置に違いが生じる。インクの吐出量にばらつきがあると、基板上に着弾したインクのドット径がばらついて濃度むらになる。また、インクの着弾位置にばらつきがあると、塗布膜のパターン精度を低下させる結果となる。
【０００７】
しかし、各ノズルのばらつきが問題のない程度まで抑えられたノズルを製造することは、歩留まりを極端に低下させることになる。また、製造当初はばらつきが小さくても、動作を繰り返しているうちに何らかの原因でばらつきが大きくなってしまうこともある。
【０００８】
このため、インクの吐出量と吐出速度がノズル間で均一となるように、これらを調整する必要がある。圧力発生素子を用いたインクジェット塗布装置の場合には、圧力発生素子に印加する電圧を調整することにより行われる。すなわち、圧力発生素子に電圧を印加すると、電界の大きさに比例して、速い速度で圧力発生素子の形状が変化する。したがって、電圧の大きさや電圧波形を変えることによって、インクの吐出量や吐出速度を変えることができる。
【０００９】
しかしながら、ノズルの数が多くなると、吐出速度は均一であっても、吐出量に大きなばらつきがある場合などがでてくる。こうしたとき、吐出量と吐出速度を同時に必要な精度で制御するのは困難である。それ故、単に印加電圧を制御する方法では、所望のパターンを形成できず、特に、微細なパターンを形成する上で問題となっていた。
【００１０】
本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ノズルから吐出されるインクの量および吐出速度を制御可能なインクの吐出方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、ノズルから吐出されるインクの量および吐出速度を制御することのできるインクジェット塗布装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は、インクが充填される液室と、前記液室内の圧力を変化させる圧力発生素子と、前記液室に設けられたノズルとを備えたヘッドを用いて、前記ノズルから前記インクを吐出するインクの吐出方法において、
前記ヘッドは前記ノズルを複数備えており、
各ノズルから吐出されるインクの吐出量が均一となるように、前記圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を電圧方向に変化させる工程と、
各ノズルから吐出されるインクの吐出速度が均一となるように、前記圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を時間方向に変化させる工程とを有することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第１の態様において、前記電圧の駆動波形を電圧方向に変化させる工程は、ノズル毎に行われるものとすることができる。
【００１５】
本発明の第１の態様において、前記電圧の駆動波形を時間方向に変化させる工程は、ノズル毎に行われるものとすることができる。
【００１６】
本発明の第１の態様において、前記吐出量および前記吐出速度の少なくとも一方は、前記ノズルから吐出されたインク滴に、前記インク滴の吐出タイミングと同期して発光する照明光を照射して、前記インク滴をカメラで撮像し、得られた画像に基づいて求められることができる。
【００１７】
本発明の第２の態様は、インクが充填される液室と、
前記液室の内部の圧力を変化させる圧力発生素子と、
前記液室に設けられたノズルとを備えたヘッドと、
前記ノズルから吐出される前記インクの吐出量と吐出速度をそれぞれ独立に制御する制御装置とを有するインクジェット塗布装置に関する。
【００１８】
本発明の第２の態様においては、前記ノズルから吐出されるインク滴の吐出タイミングと同期して発光する照明光と、前記照明光によって照射されたインク滴を撮像するカメラとを備えた吐出状態観測装置をさらに有することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１の態様によれば、各ノズルから吐出されるインクの吐出量が均一となるように、圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を電圧方向に変化させる工程と、各ノズルから吐出されるインクの吐出速度が均一となるように、圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を時間方向に変化させる工程とを有するので、インクの吐出量と吐出速度を高い精度で制御することが可能となる。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、ノズルから吐出されるインクの吐出量と吐出速度をそれぞれ独立に制御する制御装置を有するので、インクの量と吐出速度を高い精度で制御することのできるインクジェット塗布装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施の形態におけるインクジェット塗布装置では、ヘッドが、インクが充填される液室と、この液室に設けられてインクが吐出されるノズルと、液室内の圧力を変化させる圧力発生素子とを備える。ここで、圧力発生素子としては、ピエゾ素子（圧電素子）などが挙げられる。圧力発生素子に電圧を印加すると、液室内の圧力が変化してノズルから液滴が吐出する。尚、ヘッドの数は、１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。
【００２２】
本実施の形態では、ノズルと圧力発生素子とが、それぞれ２つ以上の数でヘッドに設けられている。圧力発生素子は、個別電極と共通電極である振動板とにパルス電圧を印加することにより伸縮する。すると、振動板がその厚み方向に撓み変形して液室内のインク容積を変化させ、それによる圧力でノズルからインク滴が吐出する。各ノズルは、複数のセクションに分けられており、さらに各セクション内で駆動ブロックに分割されている。そして、駆動ブロック毎に圧力発生素子が時分割駆動される。
【００２３】
インクジェット塗布装置は、吐出状態観測装置を有する。この装置は、ノズルから吐出されたインク滴の吐出状態を観測する手段である。換言すると、実際に塗布するのと同じ条件、すなわち、各ノズルの吐出周期や、圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形のノズル間における位相差を、実際の塗布パターンに対する条件と同じにして、吐出状態を観測する手段である。
【００２４】
吐出状態観測装置では、ノズルから吐出されたインク滴に、インク滴の吐出タイミングと同期して発光する照明光を照射して、インク滴をカメラで撮像し、得られた画像に基づいて吐出量や吐出速度が求められるようにすることができる。ここで、照明光の光源としてはストロボを用いることができ、カメラとしてはＣＣＤカメラを用いることができる。
【００２５】
また、インクジェット塗布装置は、圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を調整する制御装置を有する。この制御装置は、駆動波形を電圧方向と時間方向の２方向に調整することができる。
【００２６】
本実施の形態では、制御装置は、まず、各ノズルから吐出されるインクの吐出量が均一となるように調整し、次いで、インクの吐出速度が均一となるように調整する。このように、２段階で調整することにより、インクの吐出量と吐出速度を高い精度で制御することが可能となり、所望のパターンを形成できるようになる。
【００２７】
制御装置による制御は、具体的にはＤＰＮ（Drive Per Nozzle）補正によって行うことができる。すなわち、ノズル毎に吐出量と吐出速度を求めて目標値と比較し、これらが目標値となるように、吐出量および吐出速度と駆動波形との各関係から予め求めておいた補正係数を用いて、それぞれの電圧の駆動波形をノズル毎に調整する。以下に、これらの調整方法について具体的に述べる。
【００２８】
インクの吐出量の調整は、具体的には、圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を電圧方向に変化させることにより行う。例えば、次のようにして行うことができる。
【００２９】
図１は、本実施の形態におけるインクジェット塗布装置の部分構成図の一例である。１はヘッドであり、詳細は図示しないが、インクが充填される液室と、この液室内の圧力を変化させる圧力発生素子と、液室に設けられたノズルとを備える。ノズルは２以上の数で設けられており、ノズルから液室内のインクが吐出される。また、２は、吐出状態観測装置であり、光を照射するストロボ３と、ストロボ３からの光を受光してインク滴を撮像するＣＣＤカメラ４と、インクの吐出速度を取得する吐出速度取得部５とを備えている。
【００３０】
インクの吐出量の調整にあたっては、まず、ノズルからインクを吐出し、吐出状態観測装置２でインク滴を撮像する。具体的には、インク滴の吐出と同期してストロボ３を発光させ、飛翔しているインク滴をＣＣＤカメラ４で撮像する。そして、得られた画像を基に吐出量を比較し、各ノズルで吐出量が均一となるように、制御装置６において駆動波形をノズル毎に変化させる。予めインク滴の大きさと吐出量との関係を求めておけば、各ノズルから所望の吐出量のインクが均一に吐出されるようにすることができる。
【００３１】
尚、ストロボを用いた上記方法とは別に、ノズルから吐出されたインク滴が、対象物である基板などへ着弾した後のインクのドット径を調べることによっても吐出量を知ることができる。具体的には、基板上に、実際の塗布パターンに対するのと同じ条件でインクを吐出する。そして、各ノズルから吐出されたインクのドット径を比較し、これらが均一に所望の大きさとなるように、制御装置で駆動波形を電圧方向に変化させる。予めドット径と吐出量との関係を求めておけば、各ノズルから所望の吐出量のインクが均一に吐出されるようにすることができる。但し、インクのドット径は基板の表面状態の影響を受けるので、上述した撮像画像から求める方法の方が好ましい。
【００３２】
次に、均一の吐出量となったインク滴に対して、吐出速度が均一となるようにする。具体的には、圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を時間方向に変化させることにより行う。例えば、次のようにして行うことができる。
【００３３】
ノズルからインクを吐出し、図１の吐出状態観測装置２によって、インク滴を異なるタイミングで２回撮像する。具体的には、圧力発生素子に印加する電圧の駆動パルスと同期したストロボ３が２回点滅し、飛翔しているインク滴をＣＣＤカメラ４で撮像する。次いで、吐出速度取得部５において、得られた画像からインク滴の位置を求め、この位置と撮像するタイミングの間隔とからインクの吐出速度を求めることができる。吐出速度取得部５で求められた情報は、制御装置６に送られた後、各ノズルから吐出されたインクの吐出速度が比較され、これらが均一となるように駆動波形がノズル毎に変えられる。
【００３４】
尚、ストロボを用いた上記方法とは別に、ノズルから吐出されたインク滴が、対象物である基板などへ着弾した位置を調べることによっても吐出速度を知ることができる。吐出速度が速ければノズルから遠い位置に着弾する一方、吐出速度が遅いとノズルから近い位置に着弾するからである。本実施の形態においては、この方法によって吐出速度を比較してもよい。但し、着弾位置は基板の表面状態の影響を受ける場合があるので、上述した撮像画像から求める方法の方が好ましい。
【００３５】
図２は、圧力発生素子に印加するパルス波形の一例である。横軸は時間を、縦軸は電圧をそれぞれ表している。時間ｔ１からｔ２の間で、圧力発生素子が収縮して、液室内にインクが引き込まれる。次いで、時間ｔ２からｔ３の間で、圧力発生素子が一定の状態に保たれて、液室内の圧力振動が調整される。その後、時間ｔ３からｔ４の間で、圧力発生素子が元の長さに戻り、ノズルからインクが飛翔する。
【００３６】
インクの吐出速度は、ｔ３をどのタイミングとするかによって変化する。したがって、各ノズルからインクが均一な吐出速度で吐出されるようにするには、ノズル毎に制御装置によってｔ３のタイミングを調整すればよい。
【００３７】
図３（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態におけるインクの吐出方法を模式的に説明する図である。これらの図において、１０１はヘッド、１０２はインク、１０３〜１０５はノズル、１０６はインク滴を表している。
【００３８】
図３（ａ）では、ノズル１０３，１０４，１０５から吐出されるインク滴１０６の大きさは均一になっていない。そこで、制御装置によって、ノズル毎に、圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を電圧方向に変化させると、図３（ｂ）に示すように、各インク滴１０６の大きさは均一なものとなる。尚、このとき、所望の吐出量で均一にするには、上述の通り、予めドット径と吐出量との関係を求めておき、各ノズルから吐出されるインクのドット径が均一に所望の大きさとなるようにすればよい。
【００３９】
図３（ｂ）では、ノズル１０３，１０４，１０５から吐出されるインク滴１０６の大きさは均一であるものの、これらのノズルから所定距離にある仮想線Ｌを通過するタイミングは一定でない。すなわち、ノズル１０２から吐出されたインク滴１０６が通過するタイミングが一番速く、次いで、ノズル１０３、ノズル１０１の順となる。換言すると、ノズル１０２から吐出されたインク滴１０６の吐出速度が最も速く、ノズル１０３、ノズル１０１の順に吐出速度が遅くなる。
【００４０】
図３（ｂ）の状態になった後は、制御装置によって、ノズル毎に、圧力発生素子に印加する電圧の駆動波形を時間方向に変化させる。これにより、図３（ｃ）に示すように、各ノズルから吐出されるインク滴１０６が仮想線Ｌを通過するタイミングが同一となる。すなわち、各ノズルから吐出されるインクの吐出速度は均一なものとなる。
【００４１】
以上述べたように、各ノズルから吐出されるインクの吐出量とインクの吐出速度とを２段階に分けて調整することにより、ノズル数の多いヘッドであっても、吐出量と吐出速度を高い精度で制御することが可能になる。したがって、本発明によれば、インクの濃度むらが少なく、パターン精度の高いパターンを形成することができる。
【００４２】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００４３】
例えば、上記実施の形態では、各ノズルから吐出されるインクの吐出量を調整してから吐出速度を調整した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、吐出速度を調整してから吐出量を調整してもよい。この場合、各調整は、上記と同様の方法で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施の形態におけるインクジェット塗布装置の部分構成図である。
【図２】本実施の形態において、圧力発生素子に印加するパルス波形の一例である。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態におけるインクの吐出方法を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ヘッド
２  吐出状態観測装置
３  ストロボ
４  ＣＣＤカメラ
５  吐出速度取得部
６  制御装置
１０１  ヘッド
１０２  インク
１０３，１０４，１０５  ノズル
１０６  インク滴
【図１】
2009226312.tif 000003
【図２】
2009226312.tif 000004
【図３】
2009226312.tif 000005