JP2011104475A - 液滴吐出方法及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測時間を短くし、生産効率の向上を図ることが可能な液滴吐出装置及び液滴吐出方法を提供する。
【解決手段】第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量と第１〜第Ｎの吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて各ノズルの吐出量の差を第１〜第Ｎの係数として求める工程と、第１〜第Ｎの係数を記憶する工程と、第１の全吐出パターンに対する新たな第２の全吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する工程と、第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する工程と、第１〜第Ｎの係数と第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて第１〜第Ｎの吐出パターンに対応する各ノズルの推定吐出量を演算する工程と、第１〜第Ｎの吐出パターンに対応するノズルごとの推定吐出量を記憶する工程と、各ノズルの推定吐出量に基づいて液滴吐出ヘッドの吐出動作を制御する工程と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液滴吐出方法及び液滴吐出装置に関するものである。

近年、液滴吐出法を用いた成膜技術が注目されている。この液滴吐出法によれば、膜の形成材料を含んだ微小な液状体を所望の位置に配置することが可能である。これにより、微細な膜パターンを形成することができ、フォトリソグラフィ法を用いる場合よりもパターニングが容易化される。また、膜の形成材料の無駄を少なくし歩留まりを良くすることができ、製造コストを低くすることができる。

例えば、液滴吐出法に用いられる液滴吐出ヘッドは、Ｘ方向に並んだ複数の吐出ユニットを備えている。各吐出ユニットは、液状体の貯留部、ノズル、液状体を加圧しノズルから押し出すピエゾ素子を備えている。このような液滴吐出ヘッドで成膜面上をＹ方向に捜査しつつ、吐出ユニットから液状体を吐出させて液状体を配置している。

液滴吐出ヘッドにあっては、複数の吐出ユニットにおける液状体の吐出量を均一にすることが重要である。吐出量にばらつきが生じていると、走査方向に膜厚のばらつきを生じてしまうからである。例えば、液滴吐出法により画像表示装置等のカラーフィルターを製造する場合、カラーフィルターに膜厚のばらつきを生じると、これが走査方向に沿うスジムラとして視認され、表示品質が損なわれてしまう。

吐出量のばらつきを小さくする方法としては、各吐出ユニットの吐出量を制御する方法が提案されている。例えば、特許文献１では、液滴の吐出量が設定値と大きく異なる吐出ユニットの吐出動作を規制して、吐出量のばらつきを小さくしている。このような技術を適用する上で、各吐出ユニットの吐出量を正確に知ることは極めて重要である。吐出量が設定値に対してどの程度異なっているかを知ることで、吐出量の制御を良好に行うことができるからでる。

吐出量を評価する方法の一つとして、吐出された液状体の形状から体積を算出する方法が知られている。この方法では、先ず、検査用基板上に液滴吐出ヘッドにより液状体を配置する。次に、配置された液状体に含まれる溶媒や分散分散媒等の液状成分を蒸発させて、液状体に含まれる固体成分を固形体にする。そして、検査用基板に平行な計測面における固形体の輪郭を光干渉法により計測する。この計測は、検査用基板と計測面との間の距離を変化させて複数の計測面において行う。

各計測面において固形体の輪郭に囲まれる面積を算出することにより、この計測面での固形体の断面積が求まる。これにより、固形体の底面からの距離（高さ）に対する固形体の断面積が求まり、断面積を高さで積分することにより固形体の体積が求まる。吐出した液状体の組成は既知であるので、固形体の体積から液状体の体積を逆算することができる。これにより、各吐出ユニットの吐出量を評価することができる。

特開２００３−１５９７８７号公報

しかしながら、この方法により各吐出ユニットの吐出量を効率よく評価することは、以下の理由により困難である。
この評価方法では、各吐出ユニットから吐出された液状体の体積を計測するには、実際に描画するときと同じ吐出パターンで検査パターンを描画し、各吐出ユニットの吐出量を計測している。このため、各吐出ユニットの吐出量が変動する場合、具体的には液滴吐出ヘッドの交換作業等のメンテナンス（ヘッドメンテナンス）を行った場合には、その度に検査パターンの描画が必要となり、計測に時間がかかってしまう。また、実際の描画時に用いる吐出パターンが複数存在する場合には、吐出パターンごとに吐出量が変動するため、複数回の計測が必要となりさらに計測に時間がかかってしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、計測時間を短くし、生産効率の向上を図ることが可能な液滴吐出方法及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の液滴吐出方法は、液状体を吐出させる複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出方法であって、前記複数のノズルの全ノズルから前記液状体を吐出して第１の全吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する工程と、前記第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する工程と、前記複数のノズルのうちの所定のノズルから前記液状体を吐出して第１〜第Ｎの吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する工程と、前記第１〜第Ｎの吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する工程と、前記第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量と前記第１〜第Ｎの吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて各ノズルの吐出量の差を第１〜第Ｎの係数として求める工程と、前記第１〜第Ｎの係数を記憶する工程と、前記第１の全吐出パターンに対する新たな第２の全吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する工程と、前記第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する工程と、前記第１〜第Ｎの係数と前記第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて前記第１〜第Ｎの吐出パターンに対応する各ノズルの推定吐出量を演算する工程と、前記第１〜第Ｎの吐出パターンに対応するノズルごとの推定吐出量を記憶する工程と、各ノズルの推定吐出量に基づいて前記液滴吐出ヘッドの吐出動作を制御する工程と、を有することを特徴とする。

この液滴吐出方法によれば、予め実際の描画前に、第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量と第１〜第Ｎの吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて、第１の全吐出パターンのうち第１〜第Ｎの吐出パターンに対応する各ノズルの吐出量の差が第１の係数として求められる。ところで、実際の描画時に液滴吐出ヘッドの交換等のメンテナンスを行った場合など吐出量が変化する際はその度に検査パターンの描画が必要となる。しかしながら、本発明では、前記第１〜第Ｎの係数とメンテナンス後の第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて、第１〜第Ｎの吐出パターンに対応する各ノズルの推定吐出量を求めることができる。つまり、予め描画前に全吐出パターンと第１〜第Ｎの吐出パターンとにおける各ノズルからの吐出を１回のみ行うだけで、実際の描画時に用いる吐出パターンを計測する必要がない。したがって、計測時間を短くし、生産効率を向上させることができる。また、実際の描画に用いる吐出パターンが複数ある場合であっても、複数回の計測を必要とせず、計測時間を短くし、生産効率を向上させることができる。

また、上記液滴吐出方法は、前記液滴吐出ヘッドには前記複数のノズルに対応して設けられた複数の圧電駆動素子が備えられ、前記液滴吐出ヘッドの吐出動作を制御する工程において、前記複数の圧電駆動素子に入力するパルス幅を調整してもよい。

この液滴吐出方法によれば、複数の圧電駆動素子に印加する駆動電圧を調整する場合に比較して吐出量の微調整を行うことができる。したがって、所定の吐出パターンに対応する各ノズルからの吐出量を均一にすることができる。

本発明の液滴吐出装置は、液状体を吐出させる複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドと、前記複数のノズルの全ノズルから前記液状体を吐出して第１の全吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する第１の測定部と、前記第１の測定部の測定結果を記憶する第１の記憶部と、前記複数のノズルのうちの所定のノズルから前記液状体を吐出して第１〜第Ｎの吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する第２の測定部と、前記第２の測定部の測定結果を記憶する第２の記憶部と、前記第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量と前記第１〜第Ｎの吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて各ノズルの吐出量の差を第１〜第Ｎの係数として求める第１の演算部と、前記第１の演算部の演算結果を記憶する第３の記憶部と、前記第１の全吐出パターンに対する新たな第２の全吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する第３の測定部と、前記第３の測定部の測定結果を記憶する第４の記憶部と、前記第１〜第Ｎの係数と前記第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて前記第１〜第Ｎの吐出パターンに対応する各ノズルの推定吐出量を演算する第２の演算部と、前記第２の演算部の演算結果を記憶する第５の記憶部と、各ノズルの推定吐出量に基づいて前記液滴吐出ヘッドの吐出動作を制御する駆動部と、前記第１〜第３の測定部、前記第１〜第５の記憶部、前記第１〜第２の演算部、前記駆動部を制御する制御装置と、を有することを特徴とする。

本発明の液滴吐出装置によれば、予め実際の描画前に、制御装置の制御により、第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量と第１〜第Ｎの吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて、第１の全吐出パターンのうち第１〜第Ｎの吐出パターンに対応する各ノズルの吐出量の差を第１の係数として求める演算が第１の演算部によって行われる。ところで、実際の描画時に液滴吐出ヘッドの交換等のメンテナンスを行った場合など吐出量が変化する際はその度に検査パターンの描画が必要となる。しかしながら、本発明では、前記第１〜第Ｎの係数とメンテナンス後の第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて、第１〜第Ｎの吐出パターンに対応する各ノズルの推定吐出量を求める演算が第２の演算部によって行われる。つまり、予め描画前に全吐出パターンと第１〜第Ｎの吐出パターンとにおける各ノズルからの吐出を１回のみ行うだけで、実際の描画時に用いる吐出パターンを計測する必要がない。このため、メンテナンスの度に吐出パターンを計測する場合に比べて、計測時間を短くすることができる。したがって、生産効率に優れた液滴吐出装置が提供できる。また、実際の描画に用いる吐出パターンが複数ある場合であっても、複数回の計測を必要とせず、計測時間を短くすることが可能な、生産効率に優れた液滴吐出装置が提供できる。

また、上記液滴吐出装置において、前記液滴吐出ヘッドには前記複数のノズルに対応して設けられた複数の圧電駆動素子が備えられ、前記制御装置は、前記複数の圧電駆動素子に入力するパルス幅を調整する制御を行ってもよい。

この構成によれば、複数の圧電駆動素子に印加する駆動電圧を調整する場合に比較して吐出量の微調整を行うことができる。したがって、所定の吐出パターンに対応する各ノズルからの吐出量を均一にすることができる。

本発明に係る液滴吐出装置の概略構成を示す平面図である。 液滴吐出ヘッドの概略構成を示す図である。 吐出量の評価装置の構成図である。 液滴吐出装置の制御系を示すブロック図である。 本発明に係る液滴吐出方法の工程を示すフローチャートである。 吐出量のばらつき補正前の液滴吐出ヘッドの吐出特性を示す図である。 吐出量のばらつき補正前後の液滴吐出ヘッドの吐出特性を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

図１は、本発明に係る液滴吐出装置の一例を示す概略平面図である。この液滴吐出装置は、液滴吐出法により液状体をワーク（被処理基板）に配置するものである。配置される液状体は、膜材料等の固体成分を含有しており、乾燥させると固体成分が残留するものである。液状体は、固体成分を分散媒（溶媒）に分散（溶解）させた分散液（溶液）等である。液状体の具体例としては、顔料や染料等を含んだカラーフィルター材料や、ＵＶインク、金属配線等の導電膜パターンの形成材料である金属粒子を含んだコロイド溶液等が挙げられる。また、液滴吐出装置１は、本発明に係る液滴吐出方法を行うものである。

図１に示すように、液滴吐出装置１は、図示略の支持台上に設けられたワークステージ１１と、ワークステージ１１よりも高い位置に設けられたキャリッジ１３と、図示略の解析装置と、記憶装置と、制御装置とを備えている。

なお、キャリッジ１３の下（キャリッジ１３と平面視重なる位置）には液滴吐出ヘッド１２（図２参照）が設けられている。また、ワークステージ１１の上面には、ワークＷを載置することが可能になっている。ワークステージ１１及び液滴吐出ヘッド１２は、図示略の制御装置に電気的に接続されており位置制御されるようになっている。また、前記の制御装置は、液滴吐出ヘッド１２の吐出動作を制御するようになっている。このような構成により、ワークＷを走査しつつ液滴吐出ヘッド１２からワークＷの所定の領域に液状体を配置することが可能になっている。

以下、図１に示したＸＹＺ直交座標系に基づいて説明する。このＸＹＺ直交座標系において、Ｘ方向及びＹ方向がワークステージ１１の面方向と平行となっており、Ｚ方向がワークステージ１１の面方向と直交している。実際には、ＸＹ平面が水平面に平行な面に設定されており、Ｚ方向が鉛直上方向に設定されている。成膜時には、例えば主走査方向に沿って液状体を配置した後に副走査方向の位置を調整し、再度、主走査方向に沿って液状体を配置する。ここでは、ワークステージ１１の移動方向であるＹ方向が主走査方向、液滴吐出ヘッド１２の移動方向であるＸ方向が副走査方向に設定されている。

ワークステージ１１は、真空吸着装置（図示略）等を備えており、載置されたワークＷを着脱可能に固定することができる。ワークステージ１１には、ステージ移動装置１１１が設けられている。ステージ移動装置１１１は、ボールネジまたはリニアガイド等の軸受け機構を備え、前記の制御装置から入力される制御信号に基づいて、ワークステージ１１をＹ方向に移動させる。これにより、載置されたワークＷをＹ方向の所定の位置に移動させることができる。

液滴吐出装置１は、３種類（赤・緑・青）のカラーフィルター材料の各々に対応して、３つの液滴吐出ヘッド１２を備えている。３つの液滴吐出ヘッド１２は、いずれもキャリッジ１３に取付けられており、キャリッジ１３には、キャリッジ移動装置１３１が設けられている。キャリッジ移動装置１３１は、前記の制御装置から入力される制御信号に基づいて、キャリッジ１３をＸ方向に移動させることや、Ｚ軸周りに（具体的には、キャリッジ回転軸１３ａを中心として矢印Θ方向に）回転させることが可能になっている。これにより、液滴吐出ヘッド１２の所定の位置に移動させることができる。

３つの液滴吐出ヘッド１２の各々は、多数の吐出ユニットＵ（図２参照）を備えている。吐出ユニットＵの各々は、前記の制御装置からの描画データや制御信号に基づいて、液状体を吐出する。３種類のカラーフィルター材料である３種類の液状体は、それぞれ図示略のタンクに貯留されている。貯留された液状体は、その種類ごとに図示略のチューブを通って、対応する液滴吐出ヘッド１２に供給される。

図２は、液滴吐出ヘッド１２の概略構成を示す図である。図２（ａ）は液滴吐出ヘッド１２においてワークＷとの対向面を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。

図２（ａ）に示すように液滴吐出ヘッド１２は、主走査方向（Ｙ方向）と略直交して配列された複数の吐出ユニットＵを備えている。ここでは、Ｙ方向において互いに離れて２群の吐出ユニット群が配置されている。２群の吐出ユニット群の各々は、Ｘ方向に沿って配列された複数（例えば１８０個）の吐出ユニットＵから構成されている。一方の吐出ユニット群を構成する吐出ユニットＵは、他方の吐出ユニット群を構成する吐出ユニットＵの間に配置されている。複数の吐出ユニットＵで共通のノズルプレート１２１が設けられている。ノズルプレート１２１には、吐出ユニットＵごとにノズル１２５が設けられている。ノズル１２５は、吐出ユニットＵの配列方向（Ｘ方向）に沿って配列されている。

ノズル１２５は、液状体の貯留室１２２と連通している。貯留室１２２は、液状体の供給路１２３を経て複数の吐出ユニットＵで共通のリザーバ１２４と連通している。供給路１２３の詳細な形状を図示しないが、貯留室１２２からリザーバ１２４に液状体が逆流しないようになっている。リザーバ１２４は、図示略のチューブと接続されている。吐出ユニットＵから吐出される液状体は、図示略のタンクからチューブ、リザーバ１２４、供給路１２３を経て貯留室１２２内に充填される。

図２（ｂ）に示すように、吐出ユニットＵは、ノズルプレート１２１、振動板１２８、及び流路形成基板１２７を有している。ノズルプレート１２１、振動板１２８及び流路形成基板１２７に囲まれた領域に、液状体の貯留室１２２や供給路１２３が構成されている。すなわち、振動板１２８は、貯留室１２２の壁面の一部になっている。

振動板１２８には、吐出ユニットＵごとに圧電駆動素子１２９が設けられている。圧電駆動素子１２９は、図示略の一対の電極、及びこれら電極間に挟持された圧電体からなっている。前記した制御装置は、複数の吐出ユニットＵの各々における圧電駆動素子１２９に、所定のタイミングで駆動電圧波形を供給する。なお、圧電駆動素子１２９は、例えばピエゾ駆動素子である。

圧電駆動素子１２９に駆動電圧波形が供給されると、圧電体の伸縮により、貯留室１２２の壁面の一部の振動板１２８が面方向に変位し、貯留室１２２の容積が変化する。貯留室１２２の容積が最小になると、容積減少分の液状体がノズル１２５からワークＷ側に押し出されて吐出される。液状体の吐出量は、貯留室１２２の容積変化量に基づいており、圧電体の変位量、すなわち一対の電極の間に印加される電圧値若しくは入力されるパルス幅により調整可能である。

吐出量を調整する方法としては、吐出ユニットＵごとについて個別に調整する方法や、複数の吐出ユニットＵを複数のグループに分割して、グループごとに調整する方法が挙げられる。グループごとに調整すれば、駆動信号を生成する回路等の駆動回路を吐出ユニットＵごとに設ける必要がなくなり、装置コストを低減することや装置を小型にすることが可能になる。

また、ワークＷの所定の領域に対して複数回数の吐出動作を行う場合には、吐出回数を調整する方法により、所定の領域に配置される液状体の総量を調整することもできる。所定領域に対して吐出動作を行う吐出ユニットＵとして、吐出量が相対的に多いものと相対的に少ないものとを組み合わせて用いることにより、所定の領域に配置される液状体の総量を調整することもできる。

図３は、前記のような構成の液滴吐出装置１に基づいて液滴吐出ヘッドの吐出量を評価する方法を示す図である。図３（ａ）は、吐出量の評価に用いる、評価装置１７及び試験片２の構成を示す模式図であり、図３（ｂ）は試験片２の拡大図である。

図３（ａ）に示すように、本実施形態では試験片２及び評価装置１７を用いて吐出量を評価する。評価装置１７は、液滴吐出装置１のキャリッジ１３に取り付けられている。試験片２は、ワークＷに固定されており、ワークＷはワークステージ１１に着脱可能に固定されている。

評価装置１７は、撮像部（ＣＣＤカメラ）１７１、光学系１７２、照明部１７３、制御部１７４、及び記憶部１７５を備えている。照明部１７３から射出された照明光の一部は、試験片２に配置された撮像対象物の表面で反射して、光学系１７２を経てＣＣＤカメラ１７１に入射するようになっている。

ＣＣＤカメラ１７１は、受光した光を電荷に変換する受光素子や、この電荷を読出す電荷結合素子等を有している。光学系１７２は、単数又は複数のレンズ群により構成されている。ＣＣＤカメラ１７１により撮像される画像は、光学系１７２により撮像対象物に対して例えば６〜１０倍程度に拡大される。照明部１７３は、撮像対象物とＣＣＤカメラ１７１との間の光軸を環状に囲んだリング照明により構成されている。

図３（ｂ）に示すように、試験片２は、受理層２１とベース層２２とからなっている。受理層２１は、ベース層２２に当接して設けられており、ベース層２２はワークＷに固定される部分である。

受理層２１は、液滴吐出ヘッド１２から吐出される液状体に含まれる液体成分の少なくとも一部の成分を吸収する材質のものである。液状体に含まれる液体成分は、固体成分を溶解する溶媒や分散させる分散媒等である。例えば、液状体として、固体成分を分散媒に分散させた分散液を用いる場合には、受理層２１は分散媒を吸収する材質のものが選択される。また、液状体として、固体成分を分散媒に分散させた分散液と、この固体成分と同一あるいは別の固体成分を溶媒に溶解させた溶液との混合液を用いる場合には、受理層２１は分散液と溶媒との少なくとも一方を吸収する材質のものから選択される。受理層２１は、略均一な厚みになっており、受理層２１の厚みは、吐出量に応じて適宜設定される。例えば、吐出量が微量であるほど、受理層２１の厚みを薄くすることにより評価精度を高くすることができる。具体的には、吐出量が数ピコリットル程度の場合、受理層２１の厚みを１０μｍ程度にすることができる。

ベース層２２は、吐出される液状体のうちの受理層２１に吸収される吸収成分を吸収しない材質のものである。例えば、ベース層２２の形成材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用いることができる。ベース層２２の厚みは、受理層２１に対する吸収成分をベース層２２が通さない厚みに設定されていることが好ましく、またワークＷに安定して固定可能な厚みに設定されていることが好ましい。このような観点から、本実施形態のベース層２２の厚みが、数百μｍ〜数ｍｍ（ここでは１２０μｍ）程度に設定されている。このような構成により、液滴吐出ヘッド１２の吐出ユニットＵから試験片２に向けて液状体を吐出し、試験片２に配置された液状体の面積や受理層２１の厚みを基に、液滴吐出ヘッド１２の吐出量を求めることができる。

図４は、液滴吐出装置の制御系を示すブロック図である。液滴吐出装置１の制御系は、評価装置１７が備えるＣＣＤカメラ等の各種検査用カメラを有する画像処理部（測定部）と、画像処理部で得られた各種吐出量データを記憶する記憶部と、記憶部に保存された各種データに基づいて演算処理を行う演算部と、液滴吐出ヘッド１２、ステージ移動装置１１１、キャリッジ移動装置１３１等を駆動する各種ドライバを有する駆動部と、これら各部を含め液滴吐出装置１を統括制御する制御装置とを有している。

駆動部は、液滴吐出ヘッド１２の吐出動作を制御するヘッドドライバと、ステージ移動装置１１１、キャリッジ移動装置１３１等の各駆動モーターをそれぞれ駆動制御するモータードライバとを有している。ヘッドドライバは、制御装置の指示に従って所定の駆動波形を生成・印加して、液滴吐出ヘッド１２を吐出駆動制御する。また、モータードライバは、例えばＸ軸モータードライバ、Ｙ軸モータードライバ、ヘッドΘ軸モータードライバ等を有し、これらは制御装置の指示に従って、ステージ移動装置１１１、キャリッジ移動装置１３１等の各駆動モーターを駆動制御する。

ここで、液滴吐出装置１によるワークＷへの一連の実描画処理について簡単に説明する。先ず、ワーク搬出入エリアに移動させたワークステージ１１にワークＷをセットする。この際、液状体を吐出する前の準備として、画像処理部が備えるワーク認識カメラによるワークのアライメントマークの画像認識結果に基づいて、ワークアライメント動作を行う。

そして、ワークＷに対し、液滴吐出ヘッド１２を相対的に移動させながら液状体を吐出させる。具体的には、ステージ移動装置１１１によりワークＷをＹ方向に移動させながら、ワークＷに対して液滴吐出ヘッド１２から液状体を吐出・着弾させる主走査と、キャリッジ移動装置１３１により液滴吐出ヘッド１２をＸ方向に移動させる副走査を繰り返し行って、ワークＷの全域に液状体の描画を行う。

（液滴吐出方法）
図５は、本発明に係る液滴吐出方法の工程を示すフローチャートである。この液滴吐出方法は、実描画処理の前において液滴吐出ヘッド１２の各ノズル１２５からの液状体の吐出量を検査し、液滴吐出ヘッド１２の交換作業等のメンテナンス（ヘッドメンテナンス）が行われた場合はその後に各ノズル１２５の吐出量を推定するものである。この液滴吐出方法により、ヘッドメンテナンスが行われなかった場合には、実描画処理の前に検査された各ノズル１２５の吐出量に基づいて実描画時における各ノズルの吐出量の補正を行う。一方、ヘッドメンテナンスが行われた場合には、ヘッドメンテナンス後の推定された各ノズル１２５の吐出量に基づいて実描画時における各ノズルの吐出量の補正を行うようになっている。

本液滴吐出方法では先ず、装置を所定の位置に配置して装置の位置合わせを行う。具体的には、キャリッジ移動装置１３１によりキャリッジ１３をＸ軸方向に移動させたり、ステージ移動装置１１１によりワークステージ１１をＹ軸方向に移動させたりすることで、ワークＷを液滴吐出ヘッド１２の直下に配置する。これにより、ワーク上に固定された検査用の試験片２が液滴吐出ヘッド１２の複数のノズル１２５に対向するように配置される。

次に、検査用の試験片２に、複数のノズル１２５の全ノズルから液状体を吐出して全吐出パターン（第１の全吐出パターン）における吐出量をノズルごとに測定する（図５のステップＳ１）。

具体的には、吐出ユニットＵ１〜Ｕ１８０の全吐出ユニットに対応する全駆動圧電素子１２９に駆動信号を供給する。これにより、液滴吐出ヘッド１２の全ノズルから液状体が吐出される。そして、評価装置１７を用いることにより全ノズルから液状体が吐出されたパターン（第１の全吐出パターン）におけるノズルごとの吐出量が得られる。

次に、第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する（図５のステップＳ２）。

次に、検査用の試験片２に、複数のノズル１２５のうちの所定のノズルから液状体を吐出して第１〜第Ｎの吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する（図５のステップＳ３）。本実施系形態では、第１〜第３の吐出パターンにおいて測定する。

具体的には、全吐出量測定工程の後に、キャリッジ移動装置１３１によりキャリッジ１３をＸ軸方向に移動させたり、ステージ移動装置１１１によりワークステージ１１をＹ軸方向に移動させたりする。これにより、液状体が配置されていない新たな試験片２が液滴吐出ヘッド１２の複数のノズル１２５に対向するように配置される。次に、吐出ユニットＵ１〜Ｕ１８０のうち所定の吐出ユニットに対応する駆動圧電素子に駆動信号を供給する。これにより、液滴吐出ヘッド１２の複数のノズル１２５のうちの所定のノズルから液状体が吐出される。そして、評価装置１７を用いることにより所定のノズルからの液状体の吐出されたパターン（第１の吐出パターン、ａ←１）におけるノズルごとの吐出量が得られる。

次に、第１の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する（図５のステップＳ４）。

図６は、吐出量のばらつき補正前の液滴吐出ヘッドの吐出特性を示す図である。図６（ａ）は第１の吐出パターンにおけるノズル番号と吐出量との関係、図６（ｂ）は第２の吐出パターンにおけるノズル番号と吐出量との関係、図６（ｃ）は第３の吐出パターンにおけるノズル番号と吐出量との関係を示している。図６において、横軸はノズル列のノズル番号１〜４０、縦軸は各ノズル番号に対応するノズルの吐出量を示している。なお、図６においては、便宜上ノズル番号４１〜１８０の図示を省略している。また、全吐出パターンにおける全ノズルからの液状体の吐出量は、離散的なデータであるが、便宜上平滑線でつないで示している。本図では、吐出量のばらつき補正前の液滴吐出ヘッドの吐出特性の一例として、第１〜第３の３種の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を示している。

図６に示すように、吐出量のばらつきの補正前の実線を見ると、左端部における吐出量が相対的に多くなる傾向があることがわかる。また、所定の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量が変動していることがわかる。例えば、液状体を吐出していないノズル（例えば図６（ａ）のノズル番号１９）の隣のノズル（例えば図６（ａ）のノズル番号２０）を見ると、液状体の吐出量が増加している。これは、液滴吐出ヘッド内において貯留室１２２が連通しており、液状体を吐出していないノズルの隣のノズルから液状体が吐出された場合には負圧が発生しない。このため、液状体を吐出していないノズルの隣のノズルからは液状体の吐出量が増加すると考えられている。また、実際の描画時に用いる吐出パターンが複数存在する場合には、吐出パターンごとに吐出量が変動することがわかる。

図６（ａ）に示すように、第１の吐出パターンは、複数のノズルのうちの所定のノズル番号（例えばノズル番号１〜１０、２０〜３０）から液状体が吐出される吐出パターンとなっている。この第１の吐出パターンでは、吐出ユニットＵ１〜Ｕ１８０のうち所定の吐出ユニット（例えばＵ１〜Ｕ１０、Ｕ２０〜Ｕ３０）に対応する駆動圧電素子に駆動信号を供給する。これにより、第１の吐出パターンにおけるノズルから液状体が吐出される。そして、評価装置１７を用いることにより第１の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量が得られる。

図６（ｂ）に示すように、第２の吐出パターンは、複数のノズルのうちの所定のノズル番号（例えばノズル番号５〜１５、２５〜３５）から液状体が吐出される吐出パターンとなっている。この第２の吐出パターンでは、吐出ユニットＵ１〜Ｕ１８０のうち所定の吐出ユニット（例えばＵ５〜Ｕ１５、Ｕ２５〜Ｕ３５）に対応する駆動圧電素子に駆動信号を供給する。これにより、第２の吐出パターンにおけるノズルから液状体が吐出される。そして、評価装置１７を用いることにより第２の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量が得られる。

図６（ｃ）に示すように、第３の吐出パターンは、複数のノズルのうち所定のノズル番号（例えばノズル番号１０〜２０、３０〜４０）から液状体が吐出される吐出パターンとなっている。この第３の吐出パターンでは、吐出ユニットＵ１〜Ｕ１８０のうち所定の吐出ユニット（例えばＵ１０〜Ｕ２０、Ｕ３０〜Ｕ４０）に対応する駆動圧電素子に駆動信号を供給する。これにより、第３の吐出パターンにおける所定のノズルから液状体が吐出される。そして、評価装置１７を用いることにより第３の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量が得られる。

次に、第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量及び第１の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量に基づいて、第１の全吐出パターンのうち第１の吐出パターンに対応する各ノズルの吐出量の差を係数（第１の係数）として求める（図５のステップＳ５）。係数（ここでは第１の係数）を求める式は、例えば下記の式（１）で表される。
係数＝ＩＮＰ／ＩＮＡ ・・・・（１）
なお、式（１）において、ＩＮＡは全吐出パターン（ここでは第１の全吐出パターン）におけるノズルごとの吐出量であり、ＩＮＰは所定の吐出パターン（ここでは第１の吐出パターン）におけるノズルごとの吐出量である。

式（１）において、第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量、第１の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量をそれぞれ代入することにより、第１の吐出パターンに対応する第１の係数が得られる。

次に、第１の吐出パターンにおける係数を記憶する（図５のステップＳ５）。

なお、同様に第２の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量、第３の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量をそれぞれ代入することにより、第２の吐出パターンに対応する第２の係数、第３の吐出パターンに対応する第３の係数、をそれぞれ得ることができる。

次に、制御装置は、実際の描画対象となる第１〜第Ｎの吐出パターンの検査が終了したか否か（ｂ＞Ｎ？）を判断する（図５のステップＳ７）。本実施形態では、第１〜第３の吐出パターンの検査を行うので、ｂ（ｂ←ａ＋１）が４のとき、第１〜第３の吐出パターンの検査が終了したものと判断される。

該判断が可の場合、つまり実際の描画対象となる第１〜第３の吐出パターンの検査が終了したと判断された場合、制御装置は、吐出量の変化の有無を判断する。（図５のステップＳ８）。

一方、該判断が否の場合、つまり実際の描画対象となる第１〜第３の吐出パターンの検査が終了していないと判断された場合（例えば第２の吐出パターン、第３の吐出パターンの少なくとも一方が不足していると判断された場合）、制御装置は、第１の吐出パターンに対する新たな吐出パターン（例えば第２の吐出パターン、第３の吐出パターン）に対応する各ノズルから液状体を吐出するように駆動制御を行う。そして、検査用の試験片２に、第１の吐出パターンに対応するノズルと異なるノズルから液状体を吐出して、第２の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量及び第３の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を測定する（図５のステップＳ３）。

次に、第２の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量、第３の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する（図５のステップＳ４）。

次に、記憶部に記憶・保存された第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量及び第２の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量に基づいて、第１の全吐出パターンのうち第２の吐出パターンに対応する各ノズルの吐出量の差を係数（第２の係数）として求める。また、第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量及び第３の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量に基づいて、第１の全吐出パターンのうち第３の吐出パターンに対応する各ノズルの吐出量の差を係数（第３の係数）として求める（図５のステップＳ５）。なお、第２の係数及び第３の係数は式（１）により得られる。

次に、第２の吐出パターンにおける第２の係数、第３の吐出パターンにおける第３の係数、を記憶する（図５のステップＳ６）。以上の工程により、不足していた推定吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量が記憶され、実際の描画対象となる吐出パターンが全て記憶される。

ところで、実際の描画時に液滴吐出ヘッド１２の交換作業等のメンテナンス（ヘッドメンテナンス）を行った場合は、ヘッドメンテナンスの前後で全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量が変動する。このため、従来の液滴吐出方法ではヘッドメンテナンスの度に検査パターンの描画が必要となり、計測に時間がかかっていた。また、実際の描画時に用いる吐出パターンが複数存在する場合には、吐出パターンごとに吐出量が変動するため、ヘッドメンテナンスの度に複数回の計測が必要となりさらに計測に時間がかかっていた。

そこで、本発明に係る液滴吐出方法では、ヘッドメンテナンスが行われなかった場合には、実描画処理の前に求められた第１〜第３の係数に基づいて実描画時における各ノズルの吐出量の補正を行うようになっている。一方、ヘッドメンテナンスが行われた場合には、ヘッドメンテナンス後に推定されたノズルごとの吐出量に基づいて実描画時における各ノズルの吐出量の補正を行うようになっている。具体的に、本実施形態では、制御装置は、吐出量の変化有無（ヘッドメンテナンスが行われたか否か）を判断する（図５のステップＳ８）。

該判断が否の場合、つまりヘッドメンテナンスが行われていないと判断された場合、制御装置は、第１〜第３の係数に基づいて、各ノズルにおける吐出量が所定の適正量に近づくように液滴吐出ヘッド１２の吐出動作を制御する（図５のステップＳ１３）。

一方、該判断が有の場合、つまりヘッドメンテナンスが行われたと判断された場合、制御装置は、ヘッドメンテナンス後の液滴吐出ヘッドの全ノズルから液状体を吐出するように駆動制御を行う。そして、検査用の試験片２に、ヘッドメンテナンス後の液滴吐出ヘッド１２の複数のノズル１２５の全ノズルから液状体を吐出して全吐出パターン（第２の全吐出パターン）における吐出量をノズルごとに測定する（図５のステップＳ９）。

具体的には、ヘッドメンテナンス後の吐出ユニットＵ１〜Ｕ１８０の全吐出ユニットに対応する全駆動圧電素子１２９に駆動信号を供給する。これにより、ヘッドメンテナンス後の液滴吐出ヘッド１２の全ノズルから液状体が吐出される。そして、評価装置１７を用いることにより全ノズルから液状体が吐出されたパターン（第２の全吐出パターン）におけるノズルごとの吐出量が得られる。この第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量は、ヘッドメンテナンス前に測定された第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量と異なっている。

次に、第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する（図５のステップＳ１０）。

次に、検査用の試験片２に、ヘッドメンテナンス後の複数のノズル１２５のうちの所定のノズルから液状体を吐出することなしに、第１〜第３の吐出パターンに対応する各ノズルの推定吐出量を算出する（図５のステップＳ１１）。

具体的には、制御装置からの駆動信号により、演算部が記憶部に保存された第１〜第３の係数及び第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量に基づいて、第１〜第３の吐出パターンに対応する各ノズルの推定吐出量を演算する。

次に、第１〜第３の吐出パターンに対応するノズルごとの推定吐出量を記憶する（図５のステップＳ１２）。
以上の工程により、不足していた吐出パターンに対応するノズルごとの推定吐出量が記憶され、実際の描画対象となる第１〜第３の吐出パターンに対応する推定吐出量が全て記憶される。

そして、制御装置は、各ノズルの推定吐出量に基づいて、各ノズルにおける吐出量が所定の適正量に近づくように液滴吐出ヘッド１２の吐出動作を制御する（図５のステップＳ１３）。

具体的には、第１の吐出パターン、第２の吐出パターン、第３の吐出パターンに対応するノズルごとの推定吐出量に基づいて、複数のノズルにおける吐出量が所定の適正値に近づくように圧電駆動素子に印加する駆動電圧や入力するパルス幅を調整する。すなわち、各ノズルにおける吐出量が所定の適正値よりも大きい場合は、圧電駆動素子に印加する駆動電圧や入力するパルス幅を小さくする調整を行う。一方、各ノズルにおける吐出量が所定の適正値よりも小さい場合は、圧電駆動素子に印加する駆動電圧や入力するパルス幅を大きくする調整を行う。

図７は、吐出量のばらつき補正前後の液滴吐出ヘッドの吐出特性を示す図である。図７において、横軸はノズル列のノズル番号１〜１８０、縦軸は各ノズル番号に対応するノズルからの吐出量を示している。図７に示すように、インク吐出量のばらつきの補正前の実線を見ると、両端部と中央部のノズルにおけるインク吐出量が相対的に多くなる傾向があることがわかる。

図７に示すように、補正前に比べて補正後は、液滴吐出ヘッド全体として吐出量のばらつきが格段に低減される。このように吐出量を補正した液滴吐出ヘッドをカラーフィルターの形成に用いれば、均一な膜厚のカラーフィルターを形成することができ、膜厚ばらつきによりスジムラを生じることが防止される。

本発明の液滴吐出方法、液滴吐出装置１によれば、予め実際の描画前に、予め実際の描画前に、第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量と第１〜第３の吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて、第１の全吐出パターンのうち第１〜第３の吐出パターンに対応する各ノズルの吐出量の差が第１の係数として求められる。ところで、実際の描画時に液滴吐出ヘッドの交換等のメンテナンスを行った場合など吐出量が変化する際はその度に検査パターンの描画が必要となる。しかしながら、本発明では、前記第１〜第３の係数とメンテナンス後の第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて、第１〜第３の吐出パターンに対応する各ノズルの推定吐出量を求めることができる。つまり、予め描画前に全吐出パターンと第１〜第３の吐出パターンとにおける各ノズルからの吐出を１回のみ行うだけで、実際の描画時に用いる吐出パターンを計測する必要がない。したがって、計測時間を短くし、生産効率を向上させることができる。また、実際の描画に用いる吐出パターンが複数ある場合であっても、複数回の計測を必要とせず、計測時間を短くし、生産効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態では、制御装置が行う液滴吐出ヘッドの吐出動作の制御として、圧電駆動素子に印加する駆動電圧を調整したり、入力するパルス幅を調整したりしているが、より好ましくは、入力するパルス幅を用いて調整するのがよい。これにより、印加する駆動電圧を調整する場合に比較して吐出量の微調整を行うことができるので、所定の吐出パターンに対応する各ノズルからの吐出量を均一にすることができる。

また、前記実施形態では、第１の吐出パターンに加えて、第２の吐出パターン、第３の吐出パターンの例を説明したが、これに限らない。さらに、第４の吐出パターン、第５の吐出パターンなどこれ以上の吐出パターンを加えてもよい。このように第４の吐出パターン以上の吐出パターンを用いる場合でも、本発明により計測時間を短くし生産効率を向上させることができる。

また、前記実施形態では、液状体として固体成分を分散媒に分散させた分散液を用いた例を説明したが、液状体として、固体成分を溶媒に溶解させた溶液を用いてもよいし、液状体として、固体成分を分散媒に分散させた分散液と、この固体成分と同一あるいは別の固体成分を溶媒に溶解させた溶液との混合液を用いてもよい。このような液状体を用いる場合でも、本発明により高効率で所定のパターンの吐出量を計測することが可能である。

１…液滴吐出装置、１２…液滴吐出ヘッド、１２５…ノズル、１２９…圧電駆動素子

Claims (4)

1. 液状体を吐出させる複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出方法であって、
   前記複数のノズルの全ノズルから前記液状体を吐出して第１の全吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する工程と、
   前記第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する工程と、
   前記複数のノズルのうちの所定のノズルから前記液状体を吐出して第１〜第Ｎの吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する工程と、
   前記第１〜第Ｎの吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する工程と、
   前記第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量と前記第１〜第Ｎの吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて各ノズルの吐出量の差を第１〜第Ｎの係数として求める工程と、
   前記第１〜第Ｎの係数を記憶する工程と、
   前記第１の全吐出パターンに対する新たな第２の全吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する工程と、
   前記第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量を記憶する工程と、
   前記第１〜第Ｎの係数と前記第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて前記第１〜第Ｎの吐出パターンに対応する各ノズルの推定吐出量を演算する工程と、
   前記第１〜第Ｎの吐出パターンに対応するノズルごとの推定吐出量を記憶する工程と、
   各ノズルの推定吐出量に基づいて前記液滴吐出ヘッドの吐出動作を制御する工程と、
   を有することを特徴とする液滴吐出方法。
2. 前記液滴吐出ヘッドには前記複数のノズルに対応して設けられた複数の圧電駆動素子が備えられ、
   前記液滴吐出ヘッドの吐出動作を制御する工程において、前記複数の圧電駆動素子に入力するパルス幅を調整することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出方法。
3. 液状体を吐出させる複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドと、
   前記複数のノズルの全ノズルから前記液状体を吐出して第１の全吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する第１の測定部と、
   前記第１の測定部の測定結果を記憶する第１の記憶部と、
   前記複数のノズルのうちの所定のノズルから前記液状体を吐出して第１〜第Ｎの吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する第２の測定部と、
   前記第２の測定部の測定結果を記憶する第２の記憶部と、
   前記第１の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量と前記第１〜第Ｎの吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて各ノズルの吐出量の差を第１〜第Ｎの係数として求める第１の演算部と、
   前記第１の演算部の演算結果を記憶する第３の記憶部と、
   前記第１の全吐出パターンに対する新たな第２の全吐出パターンにおける吐出量をノズルごとに測定する第３の測定部と、
   前記第３の測定部の測定結果を記憶する第４の記憶部と、
   前記第１〜第Ｎの係数と前記第２の全吐出パターンにおけるノズルごとの吐出量とに基づいて前記第１〜第Ｎの吐出パターンに対応する各ノズルの推定吐出量を演算する第２の演算部と、
   前記第２の演算部の演算結果を記憶する第５の記憶部と、
   各ノズルの推定吐出量に基づいて前記液滴吐出ヘッドの吐出動作を制御する駆動部と、
   前記第１〜第３の測定部、前記第１〜第５の記憶部、前記第１〜第２の演算部、前記駆動部を制御する制御装置と、
   を有することを特徴とする液滴吐出装置。
4. 前記液滴吐出ヘッドには前記複数のノズルに対応して設けられた複数の圧電駆動素子が備えられ、
   前記制御装置は、前記複数の圧電駆動素子に入力するパルス幅を調整する制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出装置。

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