JP2010264426A - 液滴塗布方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 検査用基板の表面に形成した撥液性膜の塗布液との接触角にばらつきがあっても、各ノズルから吐出されて基板上に滴下された各液滴の着弾面積の検出精度を向上し、ひいては各ノズルの個体差に起因する各ノズルの吐出量を調整すること。
【解決手段】 液滴塗布方法において、複数のノズルNiのそれぞれから吐出される液滴Eiを基板K上に滴下し、滴下された各液滴Eiの画像を検出した後、塗布ヘッド14に対して基板Kをその表面に直交する軸を中心に180度回転させた状態で、再度、複数のノズルNiのそれぞれから吐出される液滴Eiを基板K上に滴下し、滴下された各液滴Eiの画像を検出するもの。
【選択図】 図4

Description

本発明は、液滴塗布方法及び装置に関する。
インク等の液滴塗布装置として、特許文献1に記載の如く、塗布ヘッドの複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を基板上に滴下させるものがある。塗布ヘッドは、各ノズルに対応する圧電素子を備え、各圧電素子に対する駆動電圧の印加に応じて各ノズルから塗布液を吐出する。配向膜やカラーフィルタ等の薄膜の形成に用いられる塗布ヘッドでは、均一な厚さの膜を形成するために、各ノズルからの塗布液の吐出量が均一に調整されていることが求められる。ところが、各ノズルの個体差、各圧電素子の個体差等により、各圧電素子に同一の駆動電圧を印加しても、各ノズルからの塗布液の吐出量は必ずしも同一にならない。
そこで、従来技術では、各ノズルからの塗布液の吐出量を検出し、この検出結果に基づいて各圧電素子の印加電圧を調整することにより、各ノズルからの塗布液の吐出量が互いに同一になるように調整している。
このとき、従来技術では、各ノズルからの塗布液の吐出量を、各ノズルから吐出されて検査用基板上に滴下された各液滴の画像、換言すれば各液滴の着弾面積(投影面積)から測定している。
更に、従来技術では、各ノズルから吐出されて検査用基板上に滴下された各液滴の着弾面積の検出精度を向上するため、検査用基板の表面にフッ素樹脂等の撥液性の膜を形成して各液滴の着弾形状の明瞭化を図っている。
特開2004-136582号公報
従来技術では、検査用基板の表面の撥液性膜の全体において、塗布液との接触角が均一であるものとして、上述の各液滴の着弾形状を検出している。
しかしながら、検査用基板の表面に形成された撥液性膜の塗布液との接触角は、基板上の場所(領域)によってばらつきがある。検査用基板の各領域で接触角にばらつきがある場合、仮に塗布量が同じであっても接触角が小さい領域に比べて接触角が大きい領域では、着弾した塗布液の投影面積が小さくなる。このような検査用基板を用いた場合、着弾面積の検出結果に接触角のばらつきに起因する誤差が含まれ、ノズル間の吐出量を均一に調整することが困難になる。
本発明の課題は、検査用基板の表面に形成した撥液性膜の塗布液との接触角にばらつきがあっても、各ノズルから吐出されて基板上に滴下された各液滴の着弾面積の検出精度を向上し、ひいては各ノズルの個体差に起因する各ノズルの吐出量を調整することにある。
請求項1の発明は、塗布ヘッドの複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を撥液性の膜が形成された基板上に滴下させ、基板上に滴下された各液滴の画像に基づいて、各ノズルからの液滴の吐出量を求める液滴塗布方法において、複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を基板上に滴下し、滴下された各液滴の画像を検出した後、塗布ヘッドに対して基板をその表面に直交する軸を中心に180度回転させた状態で、再度、複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を基板上に滴下し、滴下された各液滴の画像を検出するようにしたものである。
請求項2の発明は、請求項1の発明において更に、前記基板の180度回転の前後で、同一ノズルから基板上に滴下された各液滴の画像に基づいて求めた各吐出量の平均値を当該ノズルからの液滴の吐出量とするようにしたものである。
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において更に、前記基板の180度回転の中心軸を、塗布ヘッドにおける複数のノズルの配列の中央に合致させるようにしたものである。
請求項4の発明は、塗布ヘッドの複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を撥液性の膜が形成された基板上に滴下させ、基板上に滴下された各液滴の画像に基づいて、各ノズルからの液滴の吐出量を求める液滴塗布装置において、基板上に滴下された各液滴の画像に基づいて各ノズルからの液滴の吐出量を求める検出部を有し、検出部は、複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を基板上に滴下し、滴下された各液滴の画像を検出した後、塗布ヘッドに対して基板をその表面に直交する軸を中心に180度回転させた状態で、再度、複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を基板上に滴下し、滴下された各液滴の画像を検出するようにしたものである。
請求項5の発明は、請求項4の発明において更に、前記検出部が、前記基板の180度回転の前後で、同一ノズルから基板上に滴下された各液滴の画像に基づいて求めた各吐出量の平均値を当該ノズルからの液滴の吐出量とするようにしたものである。
請求項6の発明は、請求項4又は5の発明において更に、前記基板の180度回転の中心軸を、塗布ヘッドにおける複数のノズルの配列の中央に合致させるようにしたものである。
本発明によれば、基板の180度回転の前後で、同一ノズルから基板上に滴下された各液滴の画像を検出することにより、検査用基板の表面に形成した撥液性膜の塗布液との接触角にばらつきがあっても、各ノズルから吐出されて基板上に滴下された各液滴の着弾面積の検出精度を向上し、ひいては各ノズルの個体差に起因する各ノズルの吐出量を調整することができる。
図1は液滴塗布装置を示す模式図である。 図2は検出部による検出状態を示す模式図である。 図3は基板の接触角分布と液滴の着弾面積を示す模式図である。 図4は本発明による各ノズルの吐出量測定原理を示す模式図である。
液滴塗布装置10は、図1に示す如く、塗布対象物である基板Kが水平状態(図1中、X軸方向とそれに直交するY軸方向に沿う状態)で載置される移動テーブル11と、その移動テーブル11を保持してY軸方向に移動させるY軸移動機構12と、そのY軸移動機構12を介して移動テーブル11をX軸方向に移動させるX軸移動機構13と、移動テーブル11上の基板Kに向けてインク等の塗布液を液滴として吐出する複数の塗布ヘッド14を隣接して有し、各塗布ヘッド14の複数のノズルNi(N1,N2,…)のそれぞれから吐出される液滴Ei(E1,E2,…)を基板Kに塗布する。移動テーブル11のY軸移動機構12、X軸移動機構13、各塗布ヘッド14は制御部15により制御される。
即ち、移動テーブル11は、Y軸移動機構12上に積層され、Y軸方向に移動可能に設けられている。この移動テーブル11はY軸移動機構12によりY軸方向に移動する。尚、移動テーブル11には、基板Kが自重により載置されるが、これに限るものではなく、例えば、その基板Kを保持するため、静電チャックや吸着チャック等の機構を設けるようにしても良い。このような移動テーブル11の端部には、各塗布ヘッド14の吐出を安定させるための吐出安定部11aが設けられている。この吐出安定部11aは、各塗布ヘッド14のダミー吐出用の受皿、及び各塗布ヘッド14の吐出面をワイプするワイプブレード等を有している。
Y軸移動機構12は、移動テーブル11をY軸方向に案内して移動させる機構である。このY軸移動機構12は制御部15に電気的に接続されており、その駆動が制御部15により制御される。尚、Y軸移動機構12としては、例えば、リニアモータを駆動源とするリニアモータ移動機構やモータを駆動源とする送りネジ移動機構等を用いる。
X軸移動機構13は、Y軸移動機構12をX軸方向に案内して移動させる機構である。このX軸移動機構13は制御部15に電気的に接続されており、その駆動が制御部15により制御される。尚、X軸移動機構13としては、例えば、リニアモータを駆動源とするリニアモータ移動機構やモータを駆動源とする送りネジ移動機構等を用いる。
塗布ヘッド14は、インク等の塗布液を収容する液体タンク(図示せず)から供給される塗布液を複数のノズルNiからそれぞれ液滴Eiとして吐出するインクジェットヘッドである。この塗布ヘッド14は、液滴を吐出する複数のノズルNiにそれぞれ対応する複数の圧電素子(図示せず)を内蔵している。各ノズルNiは、所定のピッチ(間隔)で直線一列状に並べて吐出面に形成されている。例えば、ノズルNiの数は数十個から数百個程度であり、ノズルNiの直径は数μmから数十μm程度であり、更に、ノズルNiのピッチは数十μmから数百μm程度である。
塗布ヘッド14は、制御部15に電気的に接続されており、その駆動が制御部15により制御される。塗布ヘッド14は、各圧電素子に対する駆動電圧の印加に応じて各ノズルNiから液滴(インク滴)Eiを吐出する。ここで、塗布液は揮発性を有している。この塗布液は、基板K上に残留物として残留する溶質と、その溶質を溶解(分散)させる溶媒とにより構成されている。例えば、塗布液であるインクは、顔料、溶剤(インク溶剤)、分散剤及び添加剤等の各種の成分により構成されている。
塗布ヘッド14は、回転機構(図示せず)によりθ方向(図1中、XY平面に沿う回転方向)に回転可能に支持されている。この塗布ヘッド14は、回転機構により、相対移動する基板Kの相対移動方向に対して所定の傾斜角度だけ傾けられ、その状態で塗布を行なう。尚、Y軸方向に相対移動する基板Kに対して塗布を行なう場合には、塗布ヘッド14の傾斜角度を変更することによって、X軸方向の液滴の塗布ピッチを調整することができる。また、液滴の吐出周波数(吐出タイミング)を変更することによって、Y軸方向の塗布ピッチを調整することができる。
尚、制御部15は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、塗布に関する塗布情報や各種のプログラム等を記憶する記憶部と(いずれも図示せず)を備えている。塗布情報は、ドットパターン等の所定の塗布パターン、塗布ヘッド14の傾斜角度、塗布ヘッド14の吐出周波数及び基板Kの移動速度に関する情報等を含んでいる。この塗布情報としては、製造塗布用の塗布情報及び検査塗布用の塗布情報(検査用のパターン及び溶媒雰囲気形成用のパターンを含む)が記憶部に格納されている。
しかるに、液滴塗布装置10は、塗布ヘッド14の複数のノズルNiの吐出量が均一になるように調整するため、塗布ヘッド14の各ノズルNiのそれぞれから吐出される液滴Eiを撥液性の膜が形成された検査用基板K上に滴下させ、検査用基板K上に滴下された各液滴Eiの画像に基づいて、各ノズルNiからの液滴Eiの吐出量を求める。即ち、液滴塗布装置10は、検査用基板K上に滴下された各液滴Eiの画像に基づいて塗布ヘッド14の各ノズルNiからの液滴Eiの吐出量を求める検出部16を有する。検出部16は、図2に示す如く、撮像部16A、画像処理部を兼ねた演算処理部16B、表示部16Cを有する。
撮像部16Aは、基板K上に着弾した各液滴Eiを撮像する撮像カメラからなる。この撮像部16Aは演算処理部16B及び制御部15に電気的に接続されており、その駆動は制御部15により制御され、撮像した各液滴の画像を演算処理部16Bに送信する。尚、撮像部16Aとしては、例えばCCD(Charge Coupled Device)カメラ等を用いる。
演算処理部16Bは、撮像部16Aから送信された各液滴Eiの画像(検出結果)に基づいて、基板K上に着弾した各液滴Eiの各々の着弾面積(投影面積)Si(S1,S2,…)を求める。更に、演算処理部16Bは、求めた各液滴Eiの各々の着弾面積に基づいて各ノズルNiからの液滴Eiの吐出量を求め、その結果を制御部15に送信する。ここで、その吐出量は、液滴Eiの着弾面積と吐出量(滴下量)との関係式から算出される。例えば、液滴の着弾面積と吐出量との関係は一次式で表すことができ、この一次式は実験結果から導き出すことが可能である。その関係式は演算処理部16Bが備える記憶部に格納されている。尚、演算処理部16Bとしては、例えばコンピュータ等を用いる。
表示部16Cは、撮像した各液滴の画像等の各種画像を表示する表示装置である。この表示部16Cは電気的に演算処理部16Bに接続されている。尚、表示部16Cとしては、例えば、液晶ディスプレイやCRTディスプレイ等を用いる。
制御部15は、検出部16の演算処理部16Bが求めた塗布ヘッド14の各ノズルNiからの液滴Eiの吐出量を送信されると、塗布ヘッド14の各ノズルNiの吐出量が目標吐出量に合致するように各ノズルNiに対応する圧電素子を駆動する。即ち、塗布ヘッド14の各ノズルNiの圧電素子に印加する電圧と吐出量との関係(電圧係数)に基づいて、印加電圧を調整する。これにより、塗布ヘッド14の各ノズルNiの吐出量を互いに均一になるように調整する。
ところで、本実施例で用いられている検査用基板Kの如くに、検査用基板Kの表面にフッ素樹脂等による撥液性の膜を形成する場合には、通常、スパッタリングや真空蒸着による成膜装置が用いられる。このような成膜装置では、通常、処理室内に基板を収容して成膜している。一方、処理室内において、成膜材料は天井側1箇所の材料ガス導入口から床側一箇所の排気口に向けて移動する。このため、処理室内の基板の表面上では、成膜材料のガス導入口からの距離に差が生じる。具体的には、成膜材料のガス導入口に近い一方の端から他方の端にかけて、基板と成膜材料のガス導入口との距離が次第に大きくなる。
このような成膜装置を用いた撥液性膜の形成においては、成膜材料のガス導入口からの距離に差が生じた場合、形成された撥液性膜において、成膜材料のガス導入口に近い部分の方が遠い部分よりも接触角が大きくなる傾向がある。従って、スパッタリングや真空蒸着による成膜装置を用いて基板に撥液性膜を形成した場合、基板の一方の端部A側の領域M1から他方の端部B側の領域M3にかけて、塗布液との接触角が次第に増加、或いは次第に減少するように直線的に変化する分布となる傾向がある。即ち、図3に示す如く、塗布ヘッド14が一列状に配列されている3個のノズルN1〜N3を備え、各ノズルN1〜N3のそれぞれが検査用基板K上の3個の領域M1〜M3のそれぞれに液滴E1〜E3を着弾させるものとしたとき、この検査用基板Kの各領域M1、M2、M3で、仮に塗布量が同じであっても接触角が小さい領域M3に比べて接触角が大きいM1では、着弾した塗布液の投影面積が小さくなる(S1<S2<S3)。このような検査用基板Kを用いた場合、各ノズルM1〜M3のそれぞれから吐出された液滴E1〜E3の着弾面積S1、S2、S3の検出結果に接触角のばらつきに起因する誤差が含まれ、ノズル間の吐出量を均一に調整することが困難になる。
そこで、液滴塗布装置10は、検査用基板Kの表面に形成した撥液性膜の塗布液との接触角にばらつきがあっても、塗布ヘッド14の各ノズルNiから吐出されて検査用基板K上に滴下された各液滴Eiの着弾面積の検出精度を向上し、ひいては各ノズルNiの個体差に起因する各ノズルNiの吐出量を調整可能にするため、下記(1)〜(4)の順に動作する(図4)。
(1)塗布ヘッド14の3個のノズルN1〜N3のそれぞれから吐出される液滴E1〜E3を検査用基板K(図4の基板K1)上に滴下する。検査用基板K(図4の基板K1)上に滴下された各液滴E1〜E3を検出部16の撮像部16Aによって個々に撮像する。それぞれの撮像画像を演算処理部16Bに送り、演算処理部16Bにより、滴下された各液滴E1〜E3の着弾面積を検出する。
塗布ヘッド14の一端側のノズルN1から検査用基板K(図4の基板K1)上に吐出された液滴E1は、検査用基板Kの一端A側の大接触角領域M1に着弾して小着弾面積S1aを呈する。
尚、塗布ヘッド14の他端側のノズルN3から検査用基板K(図4の基板K1)上に吐出された液滴E3は、検査用基板Kの他端B側の小接触角領域M3に着弾して大着弾面積S3bを呈する。
(2)塗布ヘッド14に対し、検査用基板Kをその表面に直交する軸を中心に180度回転させる(図4の基板K2)。
検査用基板Kの180度回転の中心軸は、塗布ヘッド14における3個のノズルN1〜N3の配列の中央に合致させる。この例では、ノズルN2の位置が丁度中央となる。
(3)塗布ヘッド14の3個のノズルN1〜N3のそれぞれから吐出される液滴E1〜E3を検査用基板K(図4の基板K2)上に滴下する。検査用基板K(図4の基板K2)上に滴下された各液滴E1〜E3を検出部16の撮像部16Aによって個々に撮像する。それぞれの撮像画像を演算処理部16Bに送り、演算処理部16Bにより、滴下された各液滴E1〜E3の着弾面積を検出する。
塗布ヘッド14の一端側のノズルN1から検査用基板K(図4の基板K2)上に吐出された液滴E1は、検査用基板Kの他端B側の小接触角領域M3に着弾して大着弾面積S1bを呈する。
尚、塗布ヘッド14の他端側のノズルN3から検査用基板K(図4の基板K2)上に吐出された液滴E3は、検査用基板Kの他端A側の大接触角領域M1に着弾して小着弾面積S3aを呈する。
(4)検出部16の演算処理部16Bは、上述(1)、(3)により、検査用基板Kの上述の180度回転の前後で、同一ノズル、例えばノズルN1から検査用基板K上に滴下された液滴E1の撮像画像に基づき、液滴E1の着弾面積(投影面積)S1a、S1bを求め、更には当該液滴E1のそれらの着弾面積S1a、S1bに基づく吐出量T1a、T1bを求める。
更に、検出部16の演算処理部16Bは、2つの吐出量T1a、T1bの平均値T1を求め、このT1を当該ノズルN1から吐出された液滴E1の吐出量とする。
塗布ヘッド14の他のノズルN2、N3から吐出された液滴E2、E3の吐出量も上述(1)〜(4)と同様にして求める。
本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)本実施例の検査用基板Kにおけるように、スパッタリングや真空蒸着による成膜装置を用いて基板Kに撥液性膜を形成した場合、基板Kの一端A側の領域M1から他端B側の領域M3にかけて、塗布液との接触角が次第に増加、或いは次第に減少するように直線的に変化する分布となる傾向がある。これに対し、本発明では、塗布ヘッド14の複数のノズルNiのそれぞれから吐出される液滴Eiを基板K上に滴下し、滴下された各液滴Eiの画像を検出した後、塗布ヘッド14に対して基板Kをその表面に直交する軸を中心に180度回転させた状態で、再度、複数のノズルNiのそれぞれから吐出される液滴Eiを基板K上に滴下し、滴下された各液滴Eiの画像を検出することにした。従って、塗布ヘッド14の一端側のあるノズルNiから吐出された液滴Eiの撮像画像は、180度回転前の基板Kの一端A側の大接触角領域M1に着弾して小着弾面積S1aを呈するとともに、180度回転後の基板Kの他端B側の小接触角領域M3に着弾して大着弾面積S1bを呈するものになる。同一ノズルN1から吐出された2つの液滴E1の着弾面積(S1a、S1b)の相違は、基板Kの一端Aから他端Bに向かう接触角の直線的変化にのみ基づくものであるから、それら2つの液滴E1の着弾面積(S1a、S1b)の平均値をとることにより、基板Kの接触角のばらつきを排除した、当該ノズルN1の個体差に起因する当該ノズルN1の吐出量を測定し得るものになる。
(b)基板Kの180度回転の前後で、同一ノズルNiから基板K上に滴下された各液滴Eiの撮像画像、換言すれば各液滴Eiの着弾面積(S1a、S1b)に基づいて求めた各吐出量の平均値を当該ノズルNiからの液滴Eiの吐出量とすることにより、基板Kの接触角のばらつきを排除した、当該ノズルNiの個体差に起因する当該ノズルNiの吐出量を測定し得るものになる。これにより、塗布ヘッド14の各ノズルNiの吐出量を高精度に測定することができ、結果として各ノズルNiの吐出量を互いに均一に調整することができる。
(c)基板Kの180度回転の中心軸を、塗布ヘッド14における複数のノズルNiの配列の中央に合致させることにより、全ノズルNiのそれぞれから吐出される液滴Eiを、180度回転前後の基板K上に確実に着弾させることができる。同一の基板Kを用いて、全ノズルNiについて上述(a)、(b)を行なうことができる。
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
本発明は、基板の180度回転の前後で、同一ノズルから基板上に滴下された各液滴の画像を検出することにより、検査用基板の表面に形成した撥液性膜の塗布液との接触角にばらつきがあっても、各ノズルから吐出されて基板上に滴下された各液滴の着弾面積の検出精度を向上し、ひいては各ノズルの個体差に起因する各ノズルの吐出量を調整することができる。
10 液滴塗布装置
14 塗布ヘッド
15 制御部
16 検出部
Ei 液滴
K 基板
Ni ノズル

Claims (6)

  1. 塗布ヘッドの複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を撥液性の膜が形成された基板上に滴下させ、基板上に滴下された各液滴の画像に基づいて、各ノズルからの液滴の吐出量を求める液滴塗布方法において、
    複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を基板上に滴下し、滴下された各液滴の画像を検出した後、
    塗布ヘッドに対して基板をその表面に直交する軸を中心に180度回転させた状態で、
    再度、複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を基板上に滴下し、滴下された各液滴の画像を検出することを特徴とする液滴塗布方法。
  2. 前記基板の180度回転の前後で、同一ノズルから基板上に滴下された各液滴の画像に基づいて求めた各吐出量の平均値を当該ノズルからの液滴の吐出量とする請求項1に記載の液滴塗布方法。
  3. 前記基板の180度回転の中心軸を、塗布ヘッドにおける複数のノズルの配列の中央に合致させる請求項1又は2に記載の液滴塗布方法。
  4. 塗布ヘッドの複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を撥液性の膜が形成された基板上に滴下させ、基板上に滴下された各液滴の画像に基づいて、各ノズルからの液滴の吐出量を求める液滴塗布装置において、
    基板上に滴下された各液滴の画像に基づいて各ノズルからの液滴の吐出量を求める検出部を有し、
    検出部は、複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を基板上に滴下し、滴下された各液滴の画像を検出した後、塗布ヘッドに対して基板をその表面に直交する軸を中心に180度回転させた状態で、再度、複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を基板上に滴下し、滴下された各液滴の画像を検出することを特徴とする液滴塗布装置。
  5. 前記検出部が、前記基板の180度回転の前後で、同一ノズルから基板上に滴下された各液滴の画像に基づいて求めた各吐出量の平均値を当該ノズルからの液滴の吐出量とする請求項4に記載の液滴塗布装置。
  6. 前記基板の180度回転の中心軸を、塗布ヘッドにおける複数のノズルの配列の中央に合致させる請求項4又は5に記載の液滴塗布装置。
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