JP2007108497A - パターン形成方法及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴に照射するレーザ光の光学特性を維持して、液滴からなるパターンの形状制御性を向上した液滴吐出装置及びパターン形成方法を提供する。
【解決手段】レーザヘッド３５の搭載されたキャリッジ２７に、レーザヘッド３５の各照射口３６を開閉するキャップ４２を有した開閉機構４０を設けた。そして、全てのドットを形成した後に、各半導体レーザＬＤからのレーザ光Ｂを各照射口３６に出射している状態でキャップ４２を閉動し、各照射口３６の閉じた状態を保持するようにした。
【選択図】図７

Description

本発明は、パターン形成方法及び液滴吐出装置に関する。

従来、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置等の表示装置には、画像を表示するための基板が備えられている。この種の基板には、品質管理や製造管理を目的として、その製造元や製品番号等の製造情報をコード化した識別コード（例えば、２次元コード）が形成されている。こうした識別コードは、配列された多数のパターン形成領域（データセル）の一部に、パターンとしてのコードパターン（例えば、有色の薄膜や凹部等のドット）を備え、そのコードパターンの有無によって製造情報を再現可能にしている。

識別コードの形成方法には、金属箔にレーザ光を照射してコードパターンをスパッタ成膜するレーザスパッタ法や、研磨材を含んだ水を基板等に噴射してコードパターンを刻印するウォータージェット法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

しかし、上記レーザスパッタ法では、所望するサイズのコードパターンを得るために、金属箔と基板の間隙を、数〜数十μｍに調整しなければならない。つまり、基板と金属箔の表面に対して非常に高い平坦性が要求され、しかも、これらの間隙をμｍオーダの精度で調整しなければならない。その結果、識別コードを形成できる対象基板が制限されて、その汎用性を損なう問題を招いていた。また、ウォータージェット法では、基板の刻印時に、水や塵埃、研磨剤等が飛散するため、同基板を汚染する問題があった。

近年、こうした生産上の問題を解消する識別コードの形成方法として、インクジェット法が注目されている。インクジェット法では、金属微粒子を含む液滴を吐出口から吐出して、その液滴を乾燥させることによってコードパターンを形成する。そのため、識別コードを形成する基板の対象範囲を拡大することができ、同基板の汚染等を回避して識別コードを形成することができる。
特開平１１−７７３４０号公報 特開２００３−１２７５３７号公報

しかしながら、上記インクジェット法では、液滴を乾燥することによってコードパターンを形成するために、基板の表面状態や液滴の表面張力等に応じて、以下の問題を招いていた。すなわち、基板に対する液滴の濡れ性が高くなると、基板に着弾した液滴は、基板表面に沿って直ちに濡れ広がる。そのため、液滴の乾燥に時間を要すると（例えば、１００ミリ秒以上の時間を要すると）、着弾した液滴が基板表面で過剰に濡れ広がって、対応するデータセル内から食み出すようになる。その結果、コードパターンを読み取り不可能にして基板情報を損失する問題があった。

こうした問題は、液滴を吐出する液滴吐出装置にレーザ照射手段を搭載し、レーザ照射手段からのレーザ光を所望のサイズの液滴に照射する、すなわち所望のサイズの液滴を瞬時に乾燥することによって回避可能と考えられる。

しかし、液滴吐出装置の空間には、液滴の吐出動作時に発生するミストや乾燥時の液滴から発生する蒸発成分が多量に浮遊している。そのため、液滴吐出装置にレーザ照射手段を搭載すると、レーザ光の光学系（特に、露出するレンズの光学面）に、上記するミスト
や蒸発成分が付着して、レーザ光の照射強度や照射位置を大きく変動させる虞があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、液滴に照射するレーザ光の光学特性を維持して、液滴からなるパターンの形状制御性を向上した液滴吐出装置及びパターン形成方法を提供することである。

本発明のパターン形成方法は、パターン形成材料を含む液滴を液滴吐出ヘッドから対象物に向かって吐出し、前記対象物に着弾した前記液滴の領域に、レーザ光源からのレーザ光を照射口から照射してパターンを形成するようにしたパターン形成方法において、前記レーザ光源が前記照射口への前記レーザ光を出射している状態で前記照射口を閉じるようにした。

本発明のパターン形成方法によれば、照射口を閉じるときに、レーザ光源からのレーザ光を照射口に対して出射し続けることができる。そのため、照射口の近傍に浮遊するミストや液滴の蒸発成分を、レーザ光の光路上から排出することができ、その状態で、照射口を閉じることができる。その結果、ミストや蒸発成分による光学系の汚染を抑制することができ、レーザ光の光学特性を維持して、液滴からなるパターンの形状制御性を向上することができる。

このパターン形成方法は、前記液滴吐出ヘッドの液状体を吸引して前記液滴吐出ヘッドを洗浄する前に、前記照射口を閉じるようにしてもよい。
このパターン形成方法によれば、液滴吐出ヘッドを洗浄する前に、すなわち液滴吐出ヘッドからの液状体がミストとして多く発生する前に、照射口を閉じることができる。従って、光学系の汚染を、より効果的に回避することができる。

本発明の液滴吐出装置は、対象物に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記対象物に着弾した前記液滴の領域に、レーザ光源からのレーザ光を照射口から照射するレーザ照射手段と、を備えた液滴吐出装置において、前記レーザ照射手段は、前記照射口を開閉する開閉機構と、前記レーザ光源が前記照射口への前記レーザ光を出射している状態で、前記開閉機構を駆動制御して前記照射口を閉じる開閉制御手段と、を備えた。

本発明の液滴吐出装置によれば、照射口を閉じるときに、レーザ光源からのレーザ光を照射口に対して出射し続けることができる。そのため、照射口の近傍に浮遊するミストや液滴の蒸発成分を、レーザ光の光路上から排出することができ、その状態で、照射口を閉じることができる。従って、ミストや蒸発成分による光学系の汚染を抑制することができ、レーザ光の光学特性を維持して、液滴からなるパターンの形状制御性を向上することができる。

この液滴吐出装置において、前記開閉機構は、前記照射口を閉じて前記照射口からの前記レーザ光を吸収する光吸収性のキャップを備えるようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、開閉機構に照射されるレーザ光を、キャップによって吸収することができ、照射口からのレーザ光をキャップで終端させることができる。従って、開閉機構によるレーザ光の反射・散乱を回避することができ、レーザ光の照射による各種部材（例えば、液滴吐出ヘッドや対象物）の損傷を回避することができる。

この液滴吐出装置において、前記開閉機構は、前記照射口に密着して前記照射口を閉じるキャップを備えるようにしてもよい。
この液滴吐出装置によれば、キャップが照射口に密着する分だけ、ミストや液滴の蒸発成分を、確実に遮断することができる。従って、光学系の汚染を、より確実に回避するこ
とができる。

この液滴吐出装置において、前記レーザ照射手段は、複数の前記照射口を備え、前記開閉機構は、前記複数の照射口を開閉し、前記開閉制御手段は、前記レーザ光源が前記複数の照射口に前記レーザ光を出射している状態で、前記開閉機構を駆動制御して前記複数の照射口を閉じるようにしてもよい。

この液滴吐出装置によれば、複数の照射口を有する場合であっても、各照射口に対応する光学系の汚染を回避することができる。
この液滴吐出装置において、前記液滴吐出ヘッドの液状体を吸引して前記液滴吐出ヘッドを洗浄する洗浄手段を備え、前記開閉制御手段は、前記洗浄手段が前記液滴吐出ヘッドを洗浄する前に、前記開閉機構を駆動して前記照射口を閉じるようにしてもよい。

この液滴吐出装置によれば、液滴吐出ヘッドを洗浄する前に、すなわち液滴吐出ヘッドからの液状体がミストとして多く発生する前に、照射口を閉じることができる。従って、光学系の汚染を、より効果的に回避することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図８に従って説明する。まず、本発明のパターン形成方法を利用して形成した識別コードを有する液晶表示装置について説明する。

図１において、液晶表示装置１には、四角形状に形成された対象物としての基板２が備えられて、本実施形態では、その基板２の長手方向をＸ矢印方向とし、Ｘ矢印方向と直交する方向をＹ矢印方向とする。

基板２の一側面（表面２ａ）であって、その略中央位置には、液晶分子を封入した四角形状の表示部３が形成されて、その表示部３の外側には、走査線駆動回路４及びデータ線駆動回路５が形成されている。液晶表示装置１は、これら走査線駆動回路４の供給する走査信号と、データ線駆動回路５の供給するデータ信号に基づいて、前記表示部３内の液晶分子の配向状態を制御するようになっている。そして、液晶表示装置１は、図示しない照明装置からの平面光を液晶分子の配向状態によって変調して、表示部３の領域に所望の画像を表示するようになっている。

基板２の表面２ａであって、その左側下隅には、液晶表示装置１の識別コード１０が形成されている。識別コード１０は、一辺が約１ｍｍの正方形で形成されたコード形成領域Ｓ内に形成されている。コード形成領域Ｓは、１６行×１６列のデータセルＣに仮想分割されて、選択されたデータセルＣの領域に、半球状のパターンとしてのドットＤが形成されている。

本実施形態では、最もＸ矢印方向側に位置する列のデータセルＣを「先端セルＣ１」とし、最も反Ｘ矢印方向側に位置する列のデータセルを「末端セルＣ１６」という。また、ドットＤの形成されたデータセルＣの中心位置を「目標吐出位置Ｐ」とし、各データセルＣの一辺の長さを「セル幅Ｗ」という。

各ドットＤは、その外径がデータセルＣの一辺の長さ（セル幅Ｗ）で形成されたパターンであって、パターン形成材料としての金属微粒子（例えば、ニッケル微粒子やマンガン微粒子）を分散媒に分散させた液状体Ｆ（図５参照）の液滴ＦｂをデータセルＣに吐出し、データセルＣに着弾した液滴Ｆｂを乾燥及び焼成させることによって形成されている。着弾した液滴Ｆｂの乾燥・焼成は、レーザ光Ｂ（図６参照）を照射することによって行わ
れる。尚、本実施形態では、液滴Ｆｂを乾燥・焼成することによってドットＤを形成するようにしているが、これに限らず、例えばレーザ光Ｂの乾燥のみによって形成するようにしてもよい。

そして、識別コード１０は、各データセルＣ内のドットＤの有無によって、液晶表示装置１の製品番号やロット番号等を再現できるようになっている。
次に、前記識別コード１０を形成するための液滴吐出装置について説明する。

図２に示すように、液滴吐出装置２０には、その長手方向がＸ矢印方向に沿う直方体形状に形成された基台２１が備えられている。基台２１の上面には、Ｘ矢印方向に延びる１対の案内溝２２が形成されるとともに、Ｘ軸モータＭＸ（図８参照）に駆動連結される基板ステージ２３が、その案内溝２２に案内されて所定の速度（搬送速度Ｖｘ）でＸ矢印方向及び反Ｘ矢印方向に直動するようになっている。基板ステージ２３の上面には、図示しない吸引式のチャック機構が設けられるとともに、載置される基板２が、表面２ａ（コード形成領域Ｓ）を上側にして位置決め固定されるようになっている。

基台２１のＹ矢印方向両側には、門型に形成された案内部材２４が配設されている。案内部材２４の上側には、液状体Ｆを収容する収容タンク２５が配設されて、収容する液状体Ｆを液滴吐出ヘッド（以下単に、「吐出ヘッド」という。）３０に導出するようになっている。案内部材２４の下側には、Ｙ矢印方向に延びる上下一対の案内レール２６がＹ矢印方向全幅にわたり形成されて、Ｙ軸モータＭＹ（図８参照）に駆動連結されるキャリッジ２７が、その案内レール２６に沿ってＹ矢印方向及び反Ｙ矢印方向に直動するようになっている。

キャリッジ２７の下側には、吐出ヘッド３０が搭載されている。図３は、吐出ヘッド３０を基板２側から見た斜視図であって、図４〜図７は、それぞれ基板２がＸ矢印方向に搬送されるときの吐出ヘッド３０を説明する概略側断面図である。

図３に示すように、吐出ヘッド３０の基板２側（反Ｚ矢印方向側）には、ノズルプレート３１が備えられている。ノズルプレート３１は、ステンレス等の板部材であって、その基板２側の側面（ノズル形成面３１ａ）には、Ｙ矢印方向に沿って等間隔（前記セル幅Ｗのピッチ幅）に配列された１６個のノズルＮが形成されている。図４に示すように、各ノズルＮは、基板２の法線方向（Ｚ矢印方向）に沿ってノズルプレート３１に貫通形成された円形孔である。

本実施形態では、表面２ａ上の位置であって、前記各ノズルＮの反Ｚ矢印方向に相対する位置を、それぞれ「着弾位置ＰＦ」という。
各ノズルＮのＺ矢印方向には、収容タンク２５に連通するキャビティ３２が形成されて、収容タンク２５の導出する液状体Ｆを、それぞれ対応するノズルＮ内に供給するようになっている。各キャビティ３２の上側には、Ｚ矢印方向及び反Ｚ矢印方向（上下方向）に振動可能な振動板３３が貼り付けられて、キャビティ３２内の容積を拡大・縮小するようになっている。振動板３３の上側には、各ノズルＮに対応する複数の圧電素子ＰＺが配設されて、圧電素子ＰＺを駆動制御するための信号（圧電素子駆動電圧ＣＯＭ１：図８参照）を受けて上下方向に収縮・伸張し、対応する振動板３３を上下方向に振動させるようになっている。

そして、図５に示すように、基板２をＸ矢印方向に搬送し、目標吐出位置Ｐが着弾位置ＰＦに位置するタイミングで、圧電素子ＰＺを収縮・伸張させる。すると、対応するキャビティ３２内の容積が拡大・縮小し、ノズルＮ内の液状体Ｆの界面（メニスカスＫ）が振動して、所定容量の液状体Ｆが、対応するノズルＮから液滴Ｆｂとして吐出される。ノズ
ルＮから吐出された液滴Ｆｂは、反Ｚ矢印方向に飛行して、対応する着弾位置ＰＦ（目標吐出位置Ｐ）に着弾する。

目標吐出位置Ｐに着弾した液滴Ｆｂは、基板ステージ２３の搬送移動とともにＸ矢印方向に移動し、その搬送時間の経過とともに、対応するデータセルＣ内で濡れ広がって、乾燥するためのサイズ（本実施形態では、前記セル幅Ｗ）まで拡大する。

本実施形態では、搬送移動される液滴Ｆｂの中心位置（目標吐出位置Ｐ）であって、その液滴Ｆｂの外径がセル幅Ｗになる位置を、「照射位置ＰＴ」という。また、液滴Ｆｂの吐出動作の開始時から、吐出した液滴Ｆｂが照射位置ＰＴに到達するまでの時間を、「照射待機時間Ｔ１」という。

尚、本実施形態の吐出ヘッド３０では、ノズルＮ内のメニスカスＫを振動させて前記液滴Ｆｂを吐出させている。そのため、液滴Ｆｂを吐出するときに、メニスカスＫの一部が、液滴Ｆｂのサイズよりも小さいサイズの液滴（微小液滴）となって放出される場合がある。こうした微小液滴の殆どは、飛行方向の定まらないミストＭとなって、吐出ヘッド３０の周辺を浮遊するようになる。

図２に示すように、基台２１の反Ｙ矢印方向側であって前記案内部材２４の下方には、洗浄手段としてのメンテナンスユニットＭＵが配設されている。メンテナンスユニットＭＵには、吐出ヘッド３０の各ノズルＮから増粘した液状体Ｆを吸引する図示しない吸引手段や、吐出ヘッド３０のノズル形成面３１ａに付着した液状体Ｆを払拭する図示しないワイピング手段が配設されている。

そして、メンテナンスユニットＭＵは、各ノズルＮ内の液状体Ｆの乾燥を回避するために、すなわち各ノズルＮの目詰まりを回避するために、増粘した液状体Ｆを適宜強制的に吸引し、ノズル形成面３１ａを払拭することによって、吐出ヘッド３０を洗浄し、その液滴吐出動作を安定化させている。

尚、本実施形態のメンテナンスユニットＭＵでは、各ノズルＮの液状体Ｆを強制的に吸引する、あるいはノズル形成面３１ａに付着した液状体Ｆを機械的に払拭するため、吸引された（あるいは払拭された）液状体Ｆの一部が、メンテナンスユニットＭＵの近傍、すなわち吐出ヘッド３０の近傍で、ミストＭとして浮遊するようになる。

図３に示すように、吐出ヘッド３０のＸ矢印方向側には、キャリッジ２７に配設されてレーザ照射手段を構成するレーザヘッド３５が備えられている。レーザヘッド３５は、箱体状に形成された筐体３５ａを有し、その筐体３５ａが、キャリッジ２７から基板２側（反Ｚ矢印方向側）に延びる一対の支持部２７ａに支持固定されている。

筐体３５ａの一側面であって基板２側（反Ｚ矢印方向側）の側面（照射面３５ｓ）には、１６個の照射口３６が備えられている。各照射口３６は、照射面３５ｓを貫通形成した円形孔であって、それぞれ前記ノズルＮのＸ矢印方向側に形成されるとともに、Ｙ矢印方向に沿ってセル幅Ｗの等間隔で一列に配列されている。

図６に示すように、筐体３５ａの内部には、各照射口３６に対応する半導体レーザＬＤが配設されるとともに、液状体Ｆ（分散媒や金属微粒子）の吸収波長に対応した波長領域のレーザ光Ｂを出射するようになっている。筐体３５ａの内部であって各半導体レーザＬＤの基板２側には、それぞれ半導体レーザＬＤからのレーザ光Ｂを平行光束にするコリメータ３７が配設されている。各コリメータ３７の基板２側には、それぞれ対応するコリメータ３７からのレーザ光を表面２ａ側に収束して液滴Ｆｂを覆うサイズの光断面（ビーム
スポット）を表面２ａに形成する集光レンズ３８が配設されている。これら半導体レーザＬＤ、コリメータ３７及び集光レンズ３８からなる光学系は、半導体レーザＬＤからのレーザ光Ｂを照射位置ＰＴに導く光軸Ａ１を形成するようになっている。

そして、レーザ光Ｂを出射するための駆動信号（レーザ駆動電圧ＣＯＭ２：図８参照）を対応する半導体レーザＬＤに供給して、所定強度のレーザ光Ｂを対応する集光レンズ３８から出射させる。集光レンズ３８から出射されたレーザ光Ｂは、照射位置ＰＴの領域を照射し、照射位置ＰＴを搬送速度Ｖｘで通過する液滴Ｆｂを、瞬時に乾燥して固化する。固化した液滴Ｆｂは、連続するレーザ光Ｂの照射によって金属微粒子が焼成されて、外径がセル幅ＷからなるドットＤとして基板２の表面２ａに固着する。

尚、本実施形態の液滴吐出装置２０では、着弾した液滴Ｆｂの溶媒あるいは分散媒成分を蒸発させてドットＤを形成するようにしている。そのため、液滴Ｆｂにレーザ光Ｂを照射すると、図６に示すように、液滴Ｆｂからの蒸発成分Ｅが、吐出ヘッド３０及びレーザヘッド３５の近傍で浮遊するようになる。この際、レーザヘッド３５の近傍に浮遊する前記蒸発成分Ｅや前記ミストＭは、レーザ光Ｂの領域に侵入すると、レーザ光Ｂからの光エネルギーを受けて、そのエネルギーの一部をレーザ光Ｂの進行方向に沿う並進運動エネルギーに変換する。そのため、レーザ光Ｂの領域に侵入した蒸発成分ＥやミストＭは、直ちにレーザ光Ｂの領域（光軸Ａ１上）から弾き出されて、照射口３６から離間する方向に吹き飛ばされる。

図３に示すように、レーザヘッド３５（筐体３５ａ）と吐出ヘッド３０との間には、レーザ照射手段を構成する開閉機構４０が配設されている。開閉機構４０は、前記支持部２７ａに取着される一対の回動部材４１と、前記一対の回動部材４１に連結されるキャップ４２を有している。

一対の回動部材４１は、それぞれ短冊状に形成されて、一対の支持部２７ａの先端部に回動可能に取着されている。各回動部材４１は、その基端部が回動モータＭＲ（図８参照）に駆動連結されるとともに、その先端部４１ａが、対応する支持部２７ａの先端部（回動軸Ａ）を中心にして回動するようになっている。

詳述すると、図４及び図５に示すように、各回動部材４１は、それぞれの先端部４１ａを吐出ヘッド３０側に向ける位置（以下単に、「閉位置」という。）と、それぞれの先端部４１ａをキャリッジ２７側に向ける位置（以下単に、「開位置」という。）との間を回動するようになっている。

そして、回動モータＭＲを正転駆動すると、各回動部材４１は、回動軸Ａを中心にして図４に示す状態から左回りに回動し、図５に示す状態、すなわち「開位置」まで移動する。反対に、回動モータＭＲを逆転駆動すると、各回動部材４１は、回動軸Ａを中心にして図５に示す状態から右回りに回動し、図４に示す状態、すなわち「閉位置」まで移動する。

キャップ４２は、そのＹ矢印方向の幅が筐体３５ａと略同じ幅に形成された断面Ｌ字型のキャップであるとともに、そのＹ矢印方向の両側端部が、それぞれ前記一対の回動部材４１の先端部４１ａに連結固定されている。このキャップ４２は、可撓性の光吸収性材料で形成されて、半導体レーザＬＤ（集光レンズ３８）からのレーザ光Ｂを吸収するようになっている。

キャップ４２の一側面であってレーザヘッド３５側の側面には、シール面４２ｓが形成されている。シール面４２ｓは、図５に示すように、一対の回動部材４１が「開位置」に
位置するときに、照射面３５ｓから離間して照射口３６を開放し、図４に示すように、一対の回動部材４１が「閉位置」に位置するときに、照射面３５ｓと密着して各照射口３６を封止するようになっている。

そして、回動モータＭＲを正転駆動して回動部材４１を「開位置」まで回動すると、キャップ４２は、回動軸Ａを中心にして図４に示す状態から左回りに回動（開動）し、図５に示すように、そのシール面４２ｓを照射面３５ｓから離間させて、照射口３６（光軸Ａ１）を開放する。

反対に、回動モータＭＲを逆転駆動して回動部材４１を「閉位置」まで回動すると、キャップ４２は、回動軸Ａを中心にして図５に示す状態から右回りに回動（閉動）し、図４に示すように、シール面４２ｓを照射面３５ｓに密着させて、照射口３６を封止する。すなわち、レーザ光Ｂの光学系（半導体レーザＬＤ、コリメータ３７及び集光レンズ３８）を外気から遮断する。

ここで、キャップ４２を開動して各照射口３６を開放し、各照射口３６からレーザ光Ｂを出射する状態では、図６に示すように、上記する蒸発成分ＥやミストＭが、レーザ光Ｂの領域（光軸Ａ１上）から弾き出されて、照射口３６から離間する方向に吹き飛ばされている。そのため、レーザ光Ｂを出射する状態から、キャップ４２を閉動して照射口３６を閉じると、図７に示すように、蒸発成分ＥやミストＭが照射口３６の近傍から吹き飛ばされた状態で、レーザ光Ｂの光学系を外気から遮断することができる。これによって、光学系に対する蒸発成分ＥやミストＭの付着、すなわち光学系の汚染を回避することができる。

尚、この間、レーザ光Ｂの照射され続けるキャップ４２は、照射口３６からのレーザ光Ｂを吸収して終端させる。そのため、キャップ４２の閉動によるレーザ光Ｂの反射・散乱を回避することができ、反射光や散乱光の照射による各種部材（例えば、吐出ヘッド３０や基板ステージ２３）の損傷を回避することができる。

本実施形態では、回動部材４１が、「開位置」から「閉位置」までの回動に要する時間、すなわちキャップ４２の閉動によって光学系を外気から遮断するための時間を、「閉動時間Ｔ２」という。

次に、上記のように構成した液滴吐出装置２０の電気的構成を図８に従って説明する。
図８において、開閉制御手段を構成する制御部５１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、ＲＯＭ等に格納された各種データと各種制御プログラムに従って、基板ステージ２３を移動させて、液滴吐出ヘッド３０、レーザヘッド３５及び開閉機構４０を駆動させる。

詳述すると、制御部５１のＲＯＭには、ビットマップデータＢＭＤと閉動用データＣＢＤが格納されている。ビットマップデータＢＭＤは、各ビットの値（０あるいは１）に応じて、圧電素子ＰＺのオンあるいはオフを規定するものであり、二次元描画平面（コード形成領域Ｓ）上における各データセルＣに、液滴Ｆｂを吐出するか否かを規定するデータである。

閉動用データＣＢＤは、各ビットの値（０あるいは１）に応じて、半導体レーザＬＤのオンあるいはオフを規定するものであり、１６個の半導体レーザＬＤに、レーザ光Ｂを出射させるか否かを規定するデータである。尚、本実施形態の閉動用データＣＢＤは、全ての半導体レーザＬＤを前記「閉動時間Ｔ２」の間だけ一斉にオンするように規定されている。

制御部５１には、起動スイッチ、停止スイッチ等の操作スイッチを有した入力装置５２が接続されて、入力装置５２からの各種操作信号や識別コード１０の画像が既定形式の描画データＩａとして入力されるようになっている。そして、制御部５１は、入力装置５２からの描画データＩａを受けて、前記ビットマップデータＢＭＤと、各圧電素子ＰＺを駆動するための圧電素子駆動電圧ＣＯＭ１と、半導体レーザＬＤを駆動するためのレーザ駆動電圧ＣＯＭ２を生成する。

制御部５１には、Ｘ軸モータ駆動回路５３が接続されて、Ｘ軸モータ駆動回路５３に対応する駆動制御信号を出力するようになっている。Ｘ軸モータ駆動回路５３は、制御部５１からの駆動制御信号に応答して、基板ステージ２３を搬送速度Ｖｘで往復移動させるＸ軸モータＭＸを正転又は逆転させるようになっている。

制御部５１には、Ｙ軸モータ駆動回路５４が接続されて、Ｙ軸モータ駆動回路５４に対応する駆動制御信号を出力するようになっている。Ｙ軸モータ駆動回路５４は、制御部５１からの駆動制御信号に応答して、キャリッジ２７を往復移動させるＹ軸モータＭＹを正転又は逆転させるようになっている。

制御部５１には、基板２の端縁を検出可能な基板検出装置５５が接続されて、基板検出装置５５からの検出信号に基づいて、ノズルＮの直下（着弾位置ＰＦ）を通過する基板２の位置を算出するようになっている。

制御部５１には、Ｘ軸モータ回転検出器５６が接続されて、Ｘ軸モータ回転検出器５６からの検出信号が入力されるようになっている。制御部５１は、Ｘ軸モータ回転検出器５６からの検出信号に基づいて、基板２の移動方向及び移動量を演算するようになっている。

そして、制御部５１は、先端セルＣ１の「目標吐出位置Ｐ」が「着弾位置ＰＦ」に位置するタイミングで、吐出ヘッド駆動回路５８及びレーザ駆動回路５９に、それぞれ吐出タイミング信号ＬＰ１を出力するようになっている。また、制御部５１は、末端セルＣ１６が「照射位置ＰＴ」を通過したタイミングで、回動モータ駆動回路６０に、閉動タイミング信号ＬＰ２を出力するようになっている。

制御部５１には、Ｙ軸モータ回転検出器５７が接続されて、Ｙ軸モータ回転検出器５７からの検出信号が入力されるようになっている。制御部５１は、Ｙ軸モータ回転検出器５７からの検出信号に基づいて、液滴吐出ヘッド３０のＹ矢印方向の移動方向及び移動量を演算するようになっている。そして、制御部５１は、各ノズルＮに対応する着弾位置ＰＦを、それぞれ目標吐出位置Ｐの搬送経路上に配置するようになっている。

制御部５１には、吐出ヘッド駆動回路５８が接続されて、吐出タイミング信号ＬＰ１を出力するようになっている。また、制御部５１は、圧電素子駆動電圧ＣＯＭ１を所定の基準クロック信号に同期させて、吐出ヘッド駆動回路５８に出力するようになっている。さらにまた、制御部５１は、ビットマップデータＢＭＤを所定の基準クロック信号に同期させて吐出制御信号ＳＩＰを生成し、その吐出制御信号ＳＩＰを、吐出ヘッド駆動回路５８にシリアル転送するようになっている。吐出ヘッド駆動回路５８は、制御部５１からの吐出制御信号ＳＩＰを各圧電素子ＰＺに対応させてシリアル／パラレル変換するようになっている。

そして、吐出ヘッド駆動回路５８は、制御部５１からの吐出タイミング信号ＬＰ１を受けると、吐出制御信号ＳＩＰに基づいて選択された圧電素子ＰＺに、それぞれ圧電素子駆動電圧ＣＯＭ１を供給するようになっている。

制御部５１には、レーザ駆動回路５９が接続されて、吐出タイミング信号ＬＰ１を出力するようになっている。また、制御部５１は、レーザ駆動電圧ＣＯＭ２を所定の基準クロック信号に同期させて、レーザ駆動回路５９に出力するようになっている。さらにまた、制御部５１は、ビットマップデータＢＭＤの後段に閉動用データＣＢＤを付加したデータを所定の基準クロック信号に同期させて照射制御信号ＳＩＬを生成し、その照射制御信号ＳＩＬを、レーザ駆動回路５９に順次シリアル転送するようになっている。レーザ駆動回路５９は、制御部５１からの照射制御信号ＳＩＬを各半導体レーザＬＤに対応させてシリアル／パラレル変換するようになっている。

そして、レーザ駆動回路５９は、制御部５１からの吐出タイミング信号ＬＰ１を受けると、所定の時間（前記「照射待機時間Ｔ１」）だけ待機して、照射制御信号ＳＩＬに対応した各半導体レーザＬＤに、それぞれレーザ駆動電圧ＣＯＭ２を供給するようになっている。

換言すると、制御部５１は、レーザ駆動回路５９を介して、着弾した液滴Ｆｂが照射位置ＰＴに搬送移動される都度、液滴Ｆｂに対応する照射口３６から、液滴Ｆｂの領域に向かってレーザ光Ｂを照射するようになっている。

しかも、制御部５１は、レーザ駆動回路５９を介して、全ての液滴Ｆｂの領域（末端セルＣ１６の液滴Ｆｂの領域）にレーザ光Ｂを照射すると、全ての半導体レーザＬＤ（照射口３６）から、所定の時間（前記閉動時間Ｔ２）だけレーザ光Ｂを出射するようになっている。

制御部５１には、回動モータ駆動回路６０が接続されて、吐出タイミング信号ＬＰ１及び閉動タイミング信号ＬＰ２を出力するようになっている。回動モータ駆動回路６０は、制御部５１からの吐出タイミング信号ＬＰ１及び閉動タイミング信号ＬＰ２に応答して、照射口３６を開閉させる回動モータＭＲを正転又は逆転させるようになっている。

詳述すると、制御部５１は、図４に示すように、先端セルＣ１の「目標吐出位置Ｐ」が「着弾位置ＰＦ」に位置するタイミングで、回動モータ駆動回路６０に吐出タイミング信号ＬＰ１を出力し、回動モータＭＲを正転させる。そして、制御部５１は、キャップ４２（シール面４２ｓ）の開動を開始して、照射口３６を開けた状態で保持する。また、制御部５１は、図７に示すように、末端セルＣ１６が「照射位置ＰＴ」を通過したタイミングで、回動モータ駆動回路６０に閉動タイミング信号ＬＰ２を供給し、回動モータＭＲを逆転させる。そして、制御部５１は、キャップ４２（シール面４２ｓ）の閉動を開始して、照射口３６を閉じた状態で保持する。

次に、液滴吐出装置２０を使って識別コード１０を形成する方法について説明する。
まず、図２に示すように、基板ステージ２３上に、表面２ａが上側になるように基板２を配置固定する。このとき、基板２のＸ矢印方向側の辺は、案内部材２４（キャリッジ２７）より反Ｘ矢印方向側に配置されて、キャップ４２は、各照射口３６を封止している。

この状態から、入力装置５２を操作して描画データＩａを制御部５１に入力する。すると、制御部５１は、描画データＩａに基づくビットマップデータＢＭＤを生成して格納し、圧電素子駆動電圧ＣＯＭ１及びレーザ駆動電圧ＣＯＭ２を生成する。

圧電素子駆動電圧ＣＯＭ１及びレーザ駆動電圧ＣＯＭ２を生成すると、制御部５１は、Ｙ軸モータＭＹを駆動制御して、基板２をＸ矢印方向に搬送するときに、各目標吐出位置Ｐがそれぞれ対応する着弾位置ＰＦを通過するように、キャリッジ２７（各ノズルＮ）を
セットする。

キャリッジ２７をセットすると、制御部５１は、Ｘ軸モータＭＸを駆動制御して、基板２のＸ矢印方向への搬送を開始し、基板検出装置５５及びＸ軸モータ回転検出器５６からの検出信号に基づいて、先端セルＣ１の目標吐出位置Ｐが着弾位置ＰＦまで搬送されたか否か判断する。この間、制御部５１は、吐出ヘッド駆動回路５８に、圧電素子駆動電圧ＣＯＭ１及び吐出制御信号ＳＩＰを出力し、レーザ駆動回路５９に、レーザ駆動電圧ＣＯＭ２及び照射制御信号ＳＩＬを出力し、これら吐出ヘッド駆動回路５８及びレーザ駆動回路５９の双方に、それぞれ吐出タイミング信号ＬＰ１を出力するタイミングを待つ。

そして、先端セルＣ１の目標吐出位置Ｐが着弾位置ＰＦに搬送されると、制御部５１は、回動モータ駆動回路６０、吐出ヘッド駆動回路５８及びレーザ駆動回路５９に、それぞれ吐出タイミング信号ＬＰ１を出力する。

吐出タイミング信号ＬＰ１を回動モータ駆動回路６０に出力すると、制御部５１は、回動モータ駆動回路６０を介して、回動モータＭＲを正転駆動し、図４に示す矢印方向にキャップ４２を開動して各照射口３６を開放する。

吐出タイミング信号ＬＰ１を吐出ヘッド駆動回路５８に出力すると、制御部５１は、吐出ヘッド駆動回路５８を介して、吐出制御信号ＳＩＰに基づいて選択された圧電素子ＰＺに、それぞれ圧電素子駆動電圧ＣＯＭ１を供給し、選択されたノズルＮから、一斉に液滴Ｆｂを吐出させる。吐出された液滴Ｆｂは、対応する着弾位置ＰＦ（目標吐出位置Ｐ）に着弾して、搬送時間の経過とともに濡れ広がる。そして、吐出動作の開始から「照射待機時間Ｔ１」だけ経過すると、制御部５１は、図５に示すように、先端セルＣ１の液滴Ｆｂの外径がセル幅Ｗになるタイミングで、同液滴Ｆｂを照射位置ＰＴに搬送する。

吐出タイミング信号ＬＰ１をレーザ駆動回路５９に出力すると、制御部５１は、レーザ駆動回路５９を介して、半導体レーザＬＤを「照射待機時間Ｔ１」だけ待機させ、その後に、吐出制御信号ＳＩＰに基づいて選択された半導体レーザＬＤに、それぞれレーザ駆動電圧ＣＯＭ２を供給する。そして、制御部５１は、選択された半導体レーザＬＤから、一斉にレーザ光Ｂを出射させる。

半導体レーザＬＤから出射されたレーザ光Ｂは、開放された照射口３６を介して、照射位置ＰＴに位置する液滴Ｆｂの領域、すなわちセル幅Ｗからなる液滴Ｆｂの領域に照射される。レーザ光Ｂの照射された液滴Ｆｂは、分散媒の蒸発と金属微粒子の焼成によって、その外径がセル幅ＷのドットＤとして基板２の表面２ａに固着される。これによって、先端セルＣ１に、セル幅Ｗに整合したドットＤが形成される。

以後、同様に、制御部５１は、基板２をＸ矢印方向に搬送して、各目標吐出位置Ｐが着弾位置ＰＦに到達する毎に、選択したノズルＮから液滴Ｆｂを吐出し、着弾した液滴Ｆｂがセル幅Ｗになるタイミングで、液滴Ｆｂの領域にレーザ光Ｂを照射する。これによって、コード形成領域Ｓ内に、全てのドットＤを形成する。

そして、末端セルＣ１６の液滴Ｆｂが「照射位置ＰＴ」を通過すると、制御部５１は、回動モータ駆動回路６０に、閉動タイミング信号ＬＰ２を出力する。閉動タイミング信号ＬＰ２を出力すると、制御部５１は、回動モータ駆動回路６０を介して、回動モータＭＲを逆転駆動し、図７に示すように、キャップ４２を閉動して各照射口３６を閉じる。

このとき、制御部５１は、レーザ駆動回路５９を介して、吐出制御信号ＳＩＰに対応した半導体レーザＬＤ、すなわち全ての半導体レーザＬＤに、それぞれレーザ駆動電圧ＣＯ
Ｍ２を供給する。すなわち、制御部５１は、各照射口３６を閉じる間、全ての照射口３６からレーザ光Ｂを出射させて、蒸発成分ＥやミストＭを、照射口３６の近傍から吹き飛ばす。

従って、レーザ光Ｂの光学系を、蒸発成分ＥやミストＭのない状態で、外気から遮断することができ、これによって、光学系に対する蒸発成分ＥやミストＭの付着、すなわち光学系の汚染を回避することができる。

そして、末端セルＣ１６の液滴Ｆｂが「照射位置ＰＴ」を通過して「閉動時間Ｔ２」だけ経過すると、制御部５１は、キャップ４２の閉動を完了して、レーザ駆動回路５９を介して、レーザ光Ｂの出射を停止する。これによって、光学系の汚染を回避して、識別コード１０を形成することができる。

識別コード１０を形成すると、制御部５１は、Ｙ軸モータＭＹを駆動制御して、吐出ヘッド３０がメンテナンスユニットＭＵの直上に位置するように、キャリッジ２７（各ノズルＮ）をセットする。キャリッジ２７をセットすると、制御部５１は、メンテナンスユニットＭＵを駆動制御して、各ノズルＮ内の液状体Ｆの強制的な吸引と、ノズル形成面３１ａの払拭を実行し、吐出ヘッド３０を洗浄する。

このとき、レーザヘッド３５の近傍には、洗浄した液状体Ｆの一部がミストＭとして浮遊するが、照射口３６を閉じているために、レーザ光Ｂの光学系の汚染を回避することができる。

次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、レーザヘッド３５の搭載されたキャリッジ２７に、レーザヘッド３５の各照射口３６を開閉するキャップ４２を有した開閉機構４０を設けた。そして、全てのドットＤを形成した後に、各半導体レーザＬＤからのレーザ光Ｂを各照射口３６に出射している状態でキャップ４２を閉動し、各照射口３６の閉じた状態を保持するようにした。

従って、各照射口３６からのレーザ光Ｂによって、液滴Ｆｂの吐出動作時に発生するミストＭや液滴Ｆｂの乾燥時に発生する蒸発成分Ｅを、照射口３６の近傍から離間させることができ、その状態で、レーザ光Ｂの光学系を遮断することができる。その結果、光学系に対する蒸発成分ＥやミストＭの付着、すなわち光学系の汚染を回避することができる。そのため、レーザ光Ｂの光学特性を維持することができ、液滴ＦｂからなるドットＤの形状制御性を向上することができる。

（２）上記実施形態によれば、キャップ４２を光吸収性材料によって構成するようにした。従って、レーザ光Ｂの照射され続けるキャップ４２によって、照射口３６からのレーザ光Ｂを吸収して終端させることができる。その結果、キャップ４２の閉動によるレーザ光Ｂの反射・散乱を回避することができ、反射光や散乱光の照射による各種部材（例えば、吐出ヘッド３０や基板ステージ２３）の損傷を回避することができる。

（３）上記実施形態によれば、キャップ４２を可撓性部材で構成し、その一側面に、照射面３５ｓと密着して各照射口３６を封止するシール面４２ｓを形成した。従って、シール面４２ｓを照射面３５ｓ（照射口３６）に密着させる分だけ、より確実に光学系の汚染を回避することができる。

（４）上記実施形態によれば、レーザヘッド３５に複数の照射口３６を設け、キャップ４２が全ての照射口３６を開閉するようにした。そして、全ての照射口３６からレーザ光
Ｂを照射している状態でキャップ４２を閉動し、全ての照射口３６を閉じるようにした。従って、各照射口３６に対応する全ての光学系に対して、蒸発成分ＥやミストＭの付着による汚染を回避することができ、その光学特性を維持することができる。

（５）上記実施形態によれば、吐出ヘッド３０を洗浄する前に、キャップ４２を閉動して、各照射口３６を閉じるようにした。従って、吐出ヘッド３０を洗浄する場合であっても、洗浄した液状体Ｆ（ミストＭ）による光学系の汚染を回避することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、コード形成領域Ｓの搬送位置に基づいて、キャップ４２を開動及び閉動させる構成にした。これに限らず、例えばレーザ光Ｂを出射するタイミングや、レーザ光Ｂの出射を停止するタイミングに基づいて、キャップ４２を開動及び閉動させる構成にしてもよく、半導体レーザＬＤがレーザ光Ｂを出射している状態で照射口３６を閉じる構成であればよい。
・上記実施形態では、液滴Ｆｂの領域に照射するレーザ光Ｂによって、液滴Ｆｂを乾燥・焼成する構成にした。これに限らず、例えば照射するレーザ光Ｂのエネルギーによって、液滴Ｆｂを所望の方向に流動させる構成にしてもよく、あるいは液滴Ｆｂの外縁のみに照射して液滴Ｆｂをピニングする構成にしてもよい。すなわち、液滴Ｆｂの領域に照射するレーザ光Ｂによってパターンを形成する構成であればよい。
・上記実施形態では、レーザ光源を半導体レーザＬＤで具体化したが、これに限らず、例えば炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザであってもよく、着弾した液滴Ｆｂを乾燥可能な波長のレーザ光Ｂを出力するレーザであればよい。
・上記実施形態では、液滴Ｆｂによって半円球状のドットＤを形成する構成にしたが、これに限らず、例えば、楕円形状のドットや線状のパターンを形成する構成であってもよい。
・上記実施形態では、パターンを識別コード１０のドットＤに具体化した。これに限らず、例えばパターンを、液晶表示装置１や、平面状の電子放出素子を備えて同素子から放出された電子による蛍光物質の発光を利用した電界効果型装置（ＦＥＤやＳＥＤ等）の絶縁膜や金属配線等、各種パターンに具体化してもよく、着弾した液滴Ｆｂの領域にレーザ光を照射して形成するパターンであればよい。
・上記実施形態では、対象物を液晶表示装置１の基板２に具体化したが、これに限らず、例えばシリコン基板やフレキシブル基板、あるいは金属基板等であってもよく、着弾した液滴Ｆｂによってパターンを形成する対象物であればよい。

本実施形態における液晶表示装置を示す平面図。 同じく、液滴吐出装置を示す概略斜視図。 同じく、吐出ヘッド及びレーザヘッドを示す概略斜視図。 同じく、吐出ヘッド及びレーザヘッドを説明する説明図。 同じく、吐出ヘッド及びレーザヘッドを説明する説明図。 同じく、吐出ヘッド及びレーザヘッドを説明する説明図。 同じく、吐出ヘッド及びレーザヘッドを説明する説明図。 同じく、液滴吐出装置の電気的構成を示す電気ブロック回路図。

符号の説明

２…対象物としての基板、２０…液滴吐出装置、３０…液滴吐出ヘッド、３５…レーザ照射手段を構成するレーザヘッド、３６…照射口、４０…開閉機構、４２…キャップ、５１…開閉制御手段を構成する制御部、Ｂ…レーザ光、Ｄ…パターンとしてのドット、Ｆ…液状体、Ｆｂ…液滴、ＬＤ…レーザ光源としての半導体レーザ、ＭＵ…洗浄手段としてのメンテナンスユニット。

Claims (7)

1. パターン形成材料を含む液滴を液滴吐出ヘッドから対象物に向かって吐出し、前記対象物に着弾した前記液滴の領域に、レーザ光源からのレーザ光を照射口から照射してパターンを形成するようにしたパターン形成方法において、
   前記レーザ光源が前記照射口への前記レーザ光を出射している状態で前記照射口を閉じるようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１に記載のパターン形成方法において、
   前記液滴吐出ヘッドの液状体を吸引して前記液滴吐出ヘッドを洗浄する前に、前記照射口を閉じるようにしたことを特徴とするパターン形成方法。
3. 対象物に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記対象物に着弾した前記液滴の領域に、レーザ光源からのレーザ光を照射口から照射するレーザ照射手段と、を備えた液滴吐出装置において、
   前記レーザ照射手段は、
   前記照射口を開閉する開閉機構と、
   前記レーザ光源が前記照射口への前記レーザ光を出射している状態で、前記開閉機構を駆動制御して前記照射口を閉じる開閉制御手段と、
   を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
4. 請求項３に記載の液滴吐出装置において、
   前記開閉機構は、前記照射口を閉じて前記照射口からの前記レーザ光を吸収する光吸収性のキャップを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
5. 請求項３又は４に記載の液滴吐出装置において、
   前記開閉機構は、前記照射口に密着して前記照射口を閉じるキャップを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１つに記載の液滴吐出装置において、
   前記レーザ照射手段は、複数の前記照射口を備え、
   前記開閉機構は、前記複数の照射口を開閉し、
   前記開閉制御手段は、前記レーザ光源が前記複数の照射口に前記レーザ光を出射している状態で、前記開閉機構を駆動制御して前記複数の照射口を閉じることを特徴とする液滴吐出装置。
7. 請求項３〜６のいずれか１つに記載の液滴吐出装置において、
   前記液滴吐出ヘッドの液状体を吸引して前記液滴吐出ヘッドを洗浄する洗浄手段を備え、
   前記開閉制御手段は、前記洗浄手段が前記液滴吐出ヘッドを洗浄する前に、前記開閉機構を駆動して前記照射口を閉じることを特徴とする液滴吐出装置。

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