インクジェットヘッドおよびそれを搭載したインクジェット装置
【課題】液滴を吐出する液滴吐出装置において、長時間の液滴吐出停止を行った際に、ノズルを詰まらせず、装置を大型また複雑にせずに産業用途へ適用できる液滴吐出ヘッドおよびそれを搭載したインクジェット装置を提供すること。
【解決手段】液滴を吐出するノズル近傍に、気体を噴流する噴流口を設けて、長時間の吐出を停止する際に気体を噴流する口から気体を流し、ノズル近傍へ周囲からの気流が直接当たらないようにすることで、記課題を解決する。
【解決手段】液滴を吐出するノズル近傍に、気体を噴流する噴流口を設けて、長時間の吐出を停止する際に気体を噴流する口から気体を流し、ノズル近傍へ周囲からの気流が直接当たらないようにすることで、記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出安定化へ向けた液滴吐出装置の構造に関し、特にインクジェットヘッドおよびそれを搭載した装置に適用される。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドおよびそれを搭載した装置は、民生用の印刷機としてパーソナルコンピュータとともに普及し、発展してきた。近年では民生用の技術をもとに、テキスタイル分野、エレクトロニクス分野、バイオロジー分野など広く産業用途へ展開され、一部は実用化されている。
【０００３】
産業用途へ展開された理由として、インクジェット装置を用いることで必要とされる場所に必要な量だけ塗布出来る、いわゆるダイレクトパターニングが可能という利点が挙げられる。エレクトロニクス分野で言えば、フォトリソグラフィーなどのウェットプロセスに比べて、材料利用効率の向上、プロセスの短縮、製造期間の短縮などの利点が挙げられる。
【０００４】
エレクトロニクス分野での具体的な適用例としては、例えば、銀や銅など金属をナノ粒子化したインクを用いた微細な配線形成や、液晶ディスプレイのカラーフィルターや配向膜の作成、有機ＥＬ素子、有機半導体、有機太陽電池などの有機材料を用いた電子デバイス作成などが挙げられる。
【０００５】
一般にインクジェット装置は、有機化合物や微粒子化した無機化合物など機能材料を有機溶媒や水などに溶解または分散させたインクに、圧電素子の変形やサーマル素子によって発生させた気泡を用いて運動エネルギーを与える。そして１５〜４５μｍほどのノズル孔から断続的に微小液滴を吐出し、目的とする基材へ液滴を塗布する装置である。
【０００６】
このようなインクジェットに代表される滴滴吐出装置では、液滴を吐出している以外ではノズル孔の部分からインクを構成する溶媒が常に蒸発している。そのために時間経過とともに、ノズル近傍の材料粘度が上昇する。この粘度上昇により、まず吐出液滴の速度低下や吐出量の減少、飛翔方向異常などの吐出不良が見られる。さらに蒸発が進むとノズル孔が詰まってしまい不吐出という現象が観察される。このような現象が起きた場合には、一般的にヘッド内部のインクをインク供給側から加圧したり、ノズル外側から吸引したりすることでノズル孔に詰まった材料を取り除く操作を行う。
【０００７】
しかしながら、詰まりの程度が高い場合では、この操作を行なっても詰まりを取り除けないことがある。全てのノズル孔を使用できないことで、塗布回数が増えて生産性が低下し、ノズル孔が詰まっている箇所の周辺は、吐出量が少なくなるので塗布した膜面にスジやムラなどの不良現象が発生する。つまり一部のノズルが詰まるだけで要求される生産性と品質を満足させることができなくノズルヘッド交換が必要となり、装置稼動コストが増大する。
【０００８】
そのために、従来から液滴の吐出を行なわない場合にノズル孔の乾燥を防ぐことは重要であり、例えば、ノズルを有するノズルヘッド全体へキャップを行う方法が知られている。更に、そのキャップ内へ溶媒を供給することで、ノズル孔の乾燥を防ぐ方法が開示されている。
【０００９】
この方法を図１にて説明する。図１において、１はノズルヘッド、２はヘッドキャップ、３はインク吸湿剤、４は加熱部材、５はインク排出チューブ、６はインク排出ポンプ、７は弁、８は第２インク供給チューブ、９は第２インク供給ポンプ、１０は第２インクタンク、１１は第２インク、１２はヘッドキャップ押し付け機構である。
【００１０】
一定時間吐出を行わない時は、ヘッドキャップ２をノズルヘッド１に押し付けて密閉させることで、ノズルヘッド１にあるノズル孔（図示せず）の乾燥を防止する。更に、ノズル孔の乾燥防止効果を高めるために、インク吸湿剤３にノズルヘッド１で使用する第１インクを湿らせておく。さらにノズルヘッド１で使用する第１インクより揮発性の高い第２インクをキャップ２へ供給し、加熱部材４を加熱する。これによりインク吸湿剤３からの溶媒の蒸発を促進し、より短時間でヘッドキャップ内を溶媒の飽和蒸気で満たすことで、ノズル孔の乾燥を防止することができると開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２０５４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、液滴吐出装置のノズル孔の乾燥を防ぐ方法として、この方法を産業用途に適用した場合には、問題があり実用化は困難であった。その理由を以下に説明する。
【００１３】
一例としてエレクトロニクス分野での適用、例えば有機ＥＬ表示装置の作成にインクジェットを用いた場合を考える。
【００１４】
有機ＥＬ表示装置は、有機化合物の電界発光現象を利用した発光表示装置である。典型的な有機ＥＬ表示装置は、基板上に駆動回路、陽極、発光機能層、陰極を積層することで作製される。発光機能層には、有機化合物からなる発光層と共に、電子注入層、電子輸送層、正孔注入層、正孔輸送など複数の機能層のうちの１つ以上が積層される。このような構成において、陽極および陰極から正孔輸送層などを介して発光層へ電荷が注入され、注入された電荷が発光層内で再結合することによって発光が生じる。
【００１５】
インクジェットでこれらの発光機能層の材料を有機溶媒へと溶解させたインクを塗布し、乾燥させることで発光機能層が形成される。
【００１６】
このような有機ＥＬ表示装置に用いられるインクジェットヘッドの長さは、マザーガラス基板からの多面取りが可能であり、一回の走査でテレビ全面を塗布できるサイズであると言う生産性を考慮すると、１ｍ〜２ｍ長必要であり、ヘッドキャップも同様の長さが必要である。
【００１７】
また、有機溶媒を用いたインクを使用することで、ヘッドキャップ部分の液に接する箇所に樹脂材料を用いることは出来ない。これは有機溶媒により樹脂が溶解し、樹脂に含まれていた成分も同じく揮発して、塗布されるべき基材に汚染が起こり、デバイス性能が劣化するためである。また、直接的に有機溶媒に接していなくとも、揮発した有機溶媒蒸気により樹脂材料の溶解は起こる。そのためヘッドキャップは金属材料で作る必要があり、ヘッドキャップはかなりの重量物となる。この重量物のヘッドキャップを上下に動作させ、ノズルヘッド面と隙間なくまた傷をつけずにヘッドキャップをノズルヘッドに押し付けるためには、ヘッドキャップ側にバネ機構が必要である。
【００１８】
このバネ機構とインクジェットヘッドの長さにより、装置として非常に大きく複雑な構造を取るために信頼性が低くなる。また、装置面積が広くなるので、面積生産性が劣ることになる。
【００１９】
また、ノズルヘッド、若しくは、ヘッドキャップ側にＯリングと呼ばれるゴム材料からなる弾性体を設けて、両者の密着性を上げると共に、押し付け時の衝撃を吸収している。有機ＥＬ表示装置の発光機能層に用いられる材料は、その化学構造内にベンゼン官能基を持つものが多く、これらの材料を溶かすにはトルエンやアニソールなど同じくベンゼン官能基を持つベンゼン誘導体を複数混合して使用する。これらに耐性があるゴム材料は一般的に少ない。フッ素原子を含有するものは、短期的には耐性があるが、長期的な劣化（溶解、膨潤、亀裂など）は避けられない。また、これらのフッ素系材料はその剛性から成形が難しいため、製品としての価格は高くなる。この高価な交換コストは装置を使う限り、永久に続く。
【００２０】
すなわち、現状産業用途に用いているインクジェットヘッドのノズル孔の詰まりを防止しようとすると、非常に高価で、生産性に劣る装置となっている。この問題は、インクジェットだけに限らず、ダイコートやディスペンサーなどノズル孔が存在する塗布装置において、塗布していない時に共通して生じる問題であると考えられる。
【００２１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、液滴を吐出していない時のノズル近傍の気流および溶媒雰囲気に着目して、重く大きく複雑な装置構造にならずしてもノズル孔の乾燥を防ぎ、安定に吐出できるインクジェットヘッドおよびそれを搭載した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】
【００２２】
本発明は、以下に記載する液滴吐出装置、特にインクジェットヘッドおよび装置に関する。
【００２３】
［１］液滴を吐出するノズルと、前記ノズル周辺にノズルを囲むように配置された気体を噴流する噴流口と、気体を噴流させる制御装置を有することを特徴とするインクジェット装置。
【００２４】
［２］そして、液滴を吐出してない待機時間に、気体を噴流する噴流口から気体を噴流させることを特徴とするインクジェット装置。
【００２５】
［３］そして、気体を噴流させる噴流口の形状が、丸孔や長孔など孔形状もしくはスリット状であることを特徴とするインクジェット装置。
【００２６】
［４］そして、気体の噴流口からの気流が、ノズルを有するヘッド下部において交差させるように気体噴流口を設けたインクジェット装置。
【００２７】
［５］そして、噴流させる気体に吐出する液体を構成する溶媒の蒸気を含ませることを特徴とする。
【００２８】
［６］そして、噴流させる気体に吐出する液体を構成する数種類の溶媒のうち、沸点が低いものを含ませることを特徴とする。
【００２９】
［７］液滴を吐出するノズルと、前記ノズル周辺にノズルを囲むように配置された気体を噴流する噴流口とその制御装置と、前記ノズル周辺に有機溶媒を含ませた気体を噴流する噴流口とその制御装置を有することを特徴とするインクジェット装置。
【００３０】
［８］液滴を吐出しないときは、液滴を吐出する吐出ヘッドを、気体を噴流する気体噴流ヘッドへ収めることを特徴とするインクジェット装置。
【００３１】
［９］そして、液滴を吐出してない待機時間に、気体を噴流する噴流口から気体を、吐出ヘッド周囲を覆うように噴流させることを特徴とするインクジェット装置。
【００３２】
［１０］そして、噴流させる気体に吐出する液体を構成する溶媒の蒸気を含ませることを特徴とする。
【００３３】
［１１］液滴を吐出するノズルと、前記ノズル片側に配置された気体を噴流する噴流口とその制御装置と、ノズルを介してノズル噴流口と逆側に気体を吸引する吸引口とその制御装置を有することを特徴とするインクジェット装置。
【００３４】
［１２］そして液滴を吐出してない待機時間に、気体を噴流する噴流口から気体を噴流させ、その気体を気体吸引口へと吸引することを特徴とするインクジェット装置。
【００３５】
［１３］そして噴流させる気体に吐出する液体を構成する溶媒の蒸気を含ませることを特徴とするインクジェット装置。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の構成によると、液滴を吐出していない状態でもノズル孔の乾燥を防ぐことが十分できるので、確実に不吐出を減らすことができる。その結果、ノズル交換コストを低減し、さらに安定に吐出できるので、歩留まりを上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ノズルの乾燥を防ぐ従来の方法を示す図
【図２】本発明の実施形態１における液滴吐出装置の構成を示す図
【図３Ａ】本発明の液滴吐出ノズルの構成例を示す図
【図３Ｂ】本発明の液滴吐出ノズルの構成例を示す図
【図３Ｃ】本発明の液滴吐出ノズルの構成例を示す図
【図３Ｄ】本発明の液滴吐出ノズルの構成例を示す図
【図４Ａ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図４Ｂ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図４Ｃ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図４Ｄ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図４Ｅ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図４Ｆ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図５Ａ】本発明の気体噴流口の構成例を示す図
【図５Ｂ】本発明の気体噴流口の構成例を示す図
【図５Ｃ】本発明の気体噴流口の構成例を示す図
【図６】本発明の実施形態１における液滴吐出ノズルと気体噴流口の関係を示す断面図
【図７】本発明の実施形態１における液滴吐出ノズルと気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の関係を示す断面図
【図８Ａ】本発明の実施形態１における気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の構成例を示す図
【図８Ｂ】本発明の実施形態１における気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の構成例を示す図
【図８Ｃ】本発明の実施形態１における気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の構成例を示す図
【図８Ｄ】本発明の実施形態１における気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の構成例を示す図
【図９】本発明の実施形態２における液滴吐出装置の構成を示す図
【図１０】本発明の実施形態２における液滴吐出時の状態を示す図
【図１１】本発明の実施形態２における液滴吐出ノズルと気体噴流口の関係を示す断面図
【図１２】本発明の実施形態２における液滴吐出ノズルと気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の関係を示す断面図
【図１３】本発明の実施形態１における集積化吐出ヘッドと気体噴流ヘッドとの構成を示す図
【図１４】本発明の実施形態２における集積化吐出ヘッドと気体噴流ヘッドとの構成を示す図
【図１５】本発明の実施形態３における液滴吐出ノズルと気体噴流口および吸引口との関係を示す断面図
【図１６】本発明の実施形態３における気体の循環の構成を示す図
【図１７】本発明の実施形態３における吐出ヘッドへ気体を流す位置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、この発明の好ましい実施形態について、添付図面２から１７を参照しながら説明する。なお、参照する図面では、構成を分かりやすくするために実際の縮尺とは異なっている。
【００３９】
（実施の形態１）
図２は、本実施の形態１に係る液滴吐出装置の構成を示す図であり、図２（１）は液滴吐出装置の断面図を示し、図２（２）は同装置の上面図である。
【００４０】
図２において、吐出ヘッド１００には液滴を吐出する複数の液滴吐出ノズル１０１が設けられている。吐出ヘッド１００の周囲には、気体を流すための気体噴流ヘッド２００が設けられている。気体噴流ヘッド２００には、気体を流す気体噴流口２０１が設けられている。塗布される基材４００を載せるステージ３００、ステージ３００を動かすステージ動作機構３０２が設けられている。ステージ３００上には、基材４００を塗布する前に吐出を安定させるために、捨て打ちエリア３０１、３０１´が設けられている。また、これらは装置カバー６００内に設置され、装置カバー６００内の換気を行なうために外部雰囲気流入口５００と内部雰囲気排出口５０１が設けられている。
【００４１】
なお、断面図では簡略のため、吐出ヘッド１００の内部構造は、液滴吐出ノズル１０１のみ、気体噴流ヘッド２００の内部構造は気体噴流口２０１のみを示している。
【００４２】
液滴吐出装置が装置カバー６００内に設けられている理由の１つ目としては、微小な液滴を吐出するので、外部からの気流を防がなければ液滴飛翔角度が変わるためである。２つ目としては、基材４００へのパーティクルの付着を防ぐためである。３つ目としては、吐出するインクは主に有機溶媒からなるために、この有機溶媒蒸気の拡散を防ぐためである。４つ目としては、吐出ヘッド１００やステージ３００が温度変化を受けると、液滴の基材４００に対する着弾精度が悪化するために、装置を温度一定にするためである。
【００４３】
図３は、吐出ヘッド１００と気体噴流ヘッド２００の関係をノズルの吐出された側から見た状態を示す。
【００４４】
図３Ａに示すように、吐出ヘッド１００の周囲に気体噴流ヘッド２００が取り囲んでおり、液滴吐出ノズル１０１の周囲に、気体噴流口２０１を配置されている。また、液滴吐出ノズル１０１は、図３Ｂに示すように複数列並んでいても良い。図３Ｃや図３Ｄに示すようにノズルを互い違いに配列しても良い。なお、図３では液滴吐出ノズル１０１の形状を円状に示しているが楕円や正方形でも良い。
【００４５】
以下、実施の形態１における動作を説明する。図４Ａから図４Ｆに動作フローを示す。
【００４６】
１）第１ステップでは、吐出ヘッド１００が吐出しない状態に有り、図４Ａに示すように気体噴流口２０１から気体２０２が流れている。気体噴流口２０１から気体２０２の流れは、吐出ヘッド１００の周囲を覆い鉛直下向きに向かっている。この気体２０２の流れにより、ヘッドへ直接当たる気流の流れが抑制される。
【００４７】
通常、カバー６００内の環境を保つために、外部雰囲気流入口５００によって装置内吸気が行なわれ、内部雰囲気排出口５０１から排気を行なっている。排出された有機溶媒の蒸気は活性炭などで吸着されて再度雰囲気流入口５００からカバー６００内へ戻される。このために装置内には気流が発生している。またステージ３００が基板４００を乗せるためや、基板４００のアライメントマークを読み取るためなどに動作することにより、装置カバー６００内で気流が発生し、吐出ヘッド１００に微小ながら気流が当たるようになっている。この気流の流れにより、ノズル孔部分からインクを形成している有機溶媒が蒸発を始めることで、液滴吐出ノズル１０１内の材料粘度が上昇し、ノズル孔の詰まりが発生する。
【００４８】
しかしながら、本発明を用いればこれらの装置内の吸排気に伴う気流や、ステージ３００が動作することによる気流が、吐出を停止している液滴吐出ノズル１０１に触れることが無いので、ノズル孔の乾燥を防ぐことができる。
【００４９】
２）第２ステップでは、図４Ｂに示すように、基材４００を乗せたステージ３００が移動を行ない、捨て打ちエリア３０１がヘッド１００の下部に来たときに、気体２０２の噴流を止めて液滴吐出を行い、液滴１０２が吐出される。捨て打ちエリア３０１を過ぎる時には、再び、吐出は停止する。
【００５０】
３）第３ステップでは、図４Ｃに示すように、基材４００に到着したときに、目的とする塗布パターンとなるように液滴１０２の吐出を行なう。液滴１０２の吐出タイミングを目的とする塗布パターンに合せて基板４００に着弾させることで、塗布パターン１０３が得られる。
【００５１】
４）第４ステップでは、図４Ｄに示すように、捨て打ちエリア３０１´に再び吐出を行い吐出停止する。
【００５２】
この状態で、基材４００全面に塗布できていれば、図４Ａの示すようにステージ３００が待機位置に戻り、吐出ヘッド１００からの吐出を止めて気体噴流口２０１から気体２０２を噴流させて次の基材４００が投入されるまで、この状態を維持する。また、基材４００に対して、複数回塗布する必要がある場合は、第４ステップに第５ステップを追加する。
【００５３】
５）第５ステップでは、図４Ｅに示すように、吐出ヘッド１００が捨て打ちエリア３０１´の吐出が終った後に、吐出ヘッド１００の吐出を停止して、吐出ヘッド１００をＹ方向（紙面奥側）へ移動させる。
【００５４】
そして第２ステップから第４ステップを繰り返し、基板４００全面で目的とする塗布パターン１０３を形成する。そして基材４００全面に塗布できていれば、図４Ａの示すように、ステージ３００が待機位置に戻り、吐出ノズル１００の停止を止めて気体噴流口２０１から気体２０２を噴流させて、次の基材４００が投入されるまでこの状態を維持する。
【００５５】
この気体２０２の流れは、整流であり流速は０．１ｍ／ｓから０．５ｍ／ｓが好ましい。０．１ｍ／ｓ以上あれば、カバー６００内の急排気に伴い発生する気流やステージ３００が動作することによる起きる気流より大きいので、ノズル面に気流が当たるのを確実に防ぐことができる。０．５ｍ／ｓ以上であると、装置内のパーティクルを撒き散らすことになり好ましくない。また、気体噴流口の形状であるが、図５Ａや図５Ｂに示すように、丸孔や長孔など孔状で無く複数のスリットを設けた気体噴流スリット２０３を用意しても良い。なお、吐出ノズルの配置は先に示した図３Ａから図３Ｄでもよい。
【００５６】
更に、気体噴流ヘッド２００から気体を噴流する向きは、吐出ヘッド１００下部において、図６に示すように気体２０４が交差する向きに設けるとより効果がある。このことで液滴吐出ノズル１０１が、装置内の吸排気に伴う気流やステージ３００の動作による気流の影響を受けないようになる。さらにこの気体２０４によって、液滴を吐出していないときに液滴吐出ノズル１０１から僅かに蒸発している溶媒蒸気を気体２０４と吐出ヘッド１００に囲まれる内部に留めることができる。この両者の効果により、液滴吐出ノズル１０１の乾燥を防ぐ方法として確実である。
【００５７】
また、気体２０２や２０４の発生源としては、ドライエアーやドライ窒素ガスが良い。これは、装置カバー６００内の湿度環境を保つためであり、有機ＥＬ材料などは湿気により劣化する材料であるからである。更にこの気体２０２や２０４にインクに含まれる溶媒を含ませるとより効果的である。例えば、２種類の溶媒を含むインクであれば、低沸点側の有機溶媒を気体２０２や２０４に含ませて、吐出停止時に流せば、吐出ヘッド１００近傍が素早く溶媒雰囲気なるために、液滴吐出ノズル１０１の乾燥を更に遅くすることができる。
【００５８】
また、気体２０２、２０４に含ませずとも、例えば図７に示すように、気体噴流ヘッド２００内に溶媒蒸気噴流口２０５を設けて、溶媒蒸気２０６を噴流させても良い。
【００５９】
図８Ａから図８Ｄにこの吐出ヘッド１００と気体噴流ヘッド２００と溶媒蒸気噴流口２０５の関係を、ノズルの液滴が吐出された側から見た状態を示す。
【００６０】
吐出ヘッド１００の周りに、気体噴流ヘッド２００が設けられており、気体噴流ヘッドには気体噴流口２０１、若しくは気体噴流スリット２０３、溶媒蒸気噴流口２０５、若しくは溶媒蒸気噴流スリット２０７が形成されている。なお、液滴吐出ノズルの配置は、先に示した図３Ａから図３Ｄでのいずれでもよい。
【００６１】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について説明する。
【００６２】
図９は、本実施の形態２に係る液滴吐出装置の構成を示す図であり、図９（１）は該液滴吐出装置の断面図を示し、図９（２）は同装置の上面図を示すものである。なお、本実施の形態の実施の形態１との違いは、気体噴流ヘッド２００と吐出ヘッド１００を別に分離した状態である。その他は基本的に同様な構成である。
【００６３】
吐出ヘッド１００には、液滴を吐出する複数の液滴吐出ノズル１０１が設けられている。気体噴流ヘッド２００には、気体を流す気体噴流口２０１が設けられている。気体噴流ヘッド２００は、気体噴流ヘッド動作機構７００に固定されている。塗布される基材４００を載せるステージ３００、ステージ３００を動かすステージ動作機構３０２が設けられている。ステージ３００上には初期吐出を行い、塗布を安定させるために捨て打ちエリア３０１、３０１´が設けられている。またこれらは装置カバー６００内に設置され、装置６００内の換気を行なうために外部雰囲気流入口５００と内部雰囲気排出口５０１が設けられている。
【００６４】
実施の形態２における動作は実施の形態１と基本的に同じ構成である。吐出を停止した状態では図１０のように、気体噴流ヘッド８００が気体噴流ヘッド動作機構７００によって吐出ヘッド１００を覆うように移動する。そして、気体噴流ヘッド８００の気体噴流口８０１から気体８０２を噴流する。
【００６５】
また、捨て打ちエリア３００や３００´や基材４００へ塗布する際には、図９に示すように気体噴流ヘッド８００は気体噴流ヘッド動作機構７００によって、ステージ３００と衝突しない位置に戻る。気体噴流ヘッド８００から噴流される気体の向きであるが、図１１に示すように吐出ヘッド１００の下部にて交差する向きに気体噴流口８０１を設けて、吐出ヘッド１００全周が、気体８０２によって囲まれるようにすると良い。これにより、装置カバー６００内の吸排気に伴う気流やステージ３００を動かすことによる気流が、吐出を停止している液滴吐出ノズル１０１に触れることが無いので、ノズル孔の乾燥を防ぐことができる。
【００６６】
なお、この気体８０２に実施の形態１と同様に溶媒蒸気を含ませても良い。図１２に示すように、気体噴流ヘッド８００内に溶媒蒸気噴流口８０３を設けて、溶媒蒸気８０４を噴流させても良い。
【００６７】
実施形態１および２において、吐出ヘッド１００を集積化した集積化吐出ヘッド９００を用いる場合には、図１３や図１４に示すように集積化吐出ヘッド９００の周囲に気体噴流ヘッド２００や８００を設ければよい。
【００６８】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について説明する。
【００６９】
図１５は、実施の形態３を説明するための、吐出ヘッド１００周囲の構成を示す断面図である。吐出ヘッド１００の周囲に、気体噴流ヘッド２００が配置され、気体噴流ヘッド２００内の片側に気体噴流口２０１があり、液滴吐出ノズル１０１に対してその反対側に気体吸引口２０１´が配置されている。気体噴流口２０１は吐出ヘッド１００より引き込んだ位置に有り、気体噴流口２０１から液滴吐出ノズル１０１まで滑らかな面となっている。また気体吸引口２０１´も吐出ヘッド１００より引き込んだ位置に有り、液滴吐出ノズル１０１から気体吸入口２０１´までも滑らかな面で形成されている。実施の形態１の気体噴流ヘッド２００との違いは、気体噴流ヘッド２００内に気体の噴流口２０１と吸引口２０１´があることである。
【００７０】
なお、本断面図では簡略のため、吐出ヘッド１００の内部構造は液滴吐出ノズル１０１のみ、気体噴流ヘッド２００の内部構造は気体噴流口２０１と気体噴流口２０１´のみを示している。
【００７１】
実施の形態３における動作は、実施の形態１と同様ノズルから液滴を吐出していない状態にて、気体２０８を気体噴流口２０１から噴流する。気体２０８は、気体噴流口２０１から液滴吐出ノズル１０１まで形成された滑らかな面を気体が流れることにより起こるコアンダ効果によってこの面に沿って流れ、気体吸引口２０１´に向かう。この気体２０８の流れにより、液滴吐出ノズル１０１表面を気体２０８が覆うので、カバー６００内の吸排気に伴い発生する気流やステージ３００が動作することにより起きる気流を防ぐことができ、ノズル孔の乾燥を防ぐことができる。更に液滴吐出ノズル１０１表面を覆う気流により、ノズル孔へパーティクルが入りにくくもなる。さらに気体吸引口２０１´から気流を吸い込むことで、よりコアンダ効果が発揮され、ノズル孔の乾燥を防ぐことができる。
【００７２】
更に、実施の形態１や実施の形態２にて言及したように、この気体２０８に溶媒を含ませて気体噴流口２０１から気体吸引口２０１´へと流しても良い。実施の形態３の方法によれば、噴流した溶媒雰囲気を吸引するので実施の形態１と２よりも、溶媒の拡散を少なくできると共に、消費量を抑えることができる。図１６にこの構成を示す。気体吸引口２０１´と、ポンプ２１０と溶媒蒸気を発生させるバブラー２０９と、気体噴流口２０１とからなる循環系となっている。
【００７３】
ポンプ２１０から出た気体は、バブラー２０９内の溶媒２１１に入り気泡２１２を発生させる。そしてバブラー２０９内に充満した溶媒蒸気を含んだ気体は、気体噴流口２０１へと導かれる。そして気体噴流口２０１から噴流した気体２０８は、コアンダ効果により、液滴吐出ノズル１０１表面を溶媒蒸気雰囲気にするので、ノズル孔にあるインクが乾きにくくなり詰まりを抑制する。そして溶媒蒸気を含んだ気体２０８は、気体吸引口２０１´からポンプへと戻る。
【００７４】
液滴吐出ノズル１０１表面への溶媒蒸気量は、気体噴流口２０１上流のガス導入配管２１３からドライエアーやドライ窒素ガスを混合することで調整する。例えば、ノズルが結露してしまう場合では、ドライエアーやドライ窒素ガスを流し、溶媒蒸気分圧を下げる。逆にノズル孔が乾燥する場合では、ドライエアーやドライ窒素ガスを少なくして、溶媒蒸気分圧を上げる。さらにポンプ２１０にバイパス配管２１４を設けると、ノズルが基板に近接した場合などの付加変動に対して、影響を少なくすることができる。
【００７５】
また、本実施の形態３の方法を用いれば、多面取り基板の塗布時に使用しないインクジェットヘッドのノズルが乾いて、不吐出ノズルになってしまうことを防止できる。図１７に示すように、ノズルヘッド１００に吐出するノズル群と吐出しないノズル群が存在する場合、吐出するノズル群の方には気体噴流口２０１から気体吸引口２０１´に気体を流さず、吐出を停止しているノズル群には、気体噴流口２０１から気体吸引口２０１´と気体を流す。ノズルよりも噴流口２０１と吸引口２０１´が共にノズルより引き込んだ位置にあるので、インクジェット塗布時に、基板に当たらない。
【００７６】
なお、本実施の形態３であるが、実施の形態１と実施の形態２の違いのように、気体噴流ヘッド２００と吐出１００を分離して構成にしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明によれば、民生用の印刷だけでなく産業用途としてディスプレイや半導体、太陽電池などの製造工程に使用されるインクジェットヘッドおよび装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１００ 吐出ヘッド
１０１ 液滴吐出ノズル
１０２ 液滴
１０３ 塗布パターン
２００ 気体噴流ヘッド
２０１ 気体噴流口
２０１´ 気体吸引口
２０３ 気体噴流スリット
２０５ 溶媒蒸気噴流口
２０７ 溶媒蒸気噴流スリット
２０９ バブラー
２１０ ポンプ
２１１ 溶媒
２１２ 気泡
２１３ ガス導入配管
２１４ バイパス配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出安定化へ向けた液滴吐出装置の構造に関し、特にインクジェットヘッドおよびそれを搭載した装置に適用される。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドおよびそれを搭載した装置は、民生用の印刷機としてパーソナルコンピュータとともに普及し、発展してきた。近年では民生用の技術をもとに、テキスタイル分野、エレクトロニクス分野、バイオロジー分野など広く産業用途へ展開され、一部は実用化されている。
【０００３】
産業用途へ展開された理由として、インクジェット装置を用いることで必要とされる場所に必要な量だけ塗布出来る、いわゆるダイレクトパターニングが可能という利点が挙げられる。エレクトロニクス分野で言えば、フォトリソグラフィーなどのウェットプロセスに比べて、材料利用効率の向上、プロセスの短縮、製造期間の短縮などの利点が挙げられる。
【０００４】
エレクトロニクス分野での具体的な適用例としては、例えば、銀や銅など金属をナノ粒子化したインクを用いた微細な配線形成や、液晶ディスプレイのカラーフィルターや配向膜の作成、有機ＥＬ素子、有機半導体、有機太陽電池などの有機材料を用いた電子デバイス作成などが挙げられる。
【０００５】
一般にインクジェット装置は、有機化合物や微粒子化した無機化合物など機能材料を有機溶媒や水などに溶解または分散させたインクに、圧電素子の変形やサーマル素子によって発生させた気泡を用いて運動エネルギーを与える。そして１５〜４５μｍほどのノズル孔から断続的に微小液滴を吐出し、目的とする基材へ液滴を塗布する装置である。
【０００６】
このようなインクジェットに代表される滴滴吐出装置では、液滴を吐出している以外ではノズル孔の部分からインクを構成する溶媒が常に蒸発している。そのために時間経過とともに、ノズル近傍の材料粘度が上昇する。この粘度上昇により、まず吐出液滴の速度低下や吐出量の減少、飛翔方向異常などの吐出不良が見られる。さらに蒸発が進むとノズル孔が詰まってしまい不吐出という現象が観察される。このような現象が起きた場合には、一般的にヘッド内部のインクをインク供給側から加圧したり、ノズル外側から吸引したりすることでノズル孔に詰まった材料を取り除く操作を行う。
【０００７】
しかしながら、詰まりの程度が高い場合では、この操作を行なっても詰まりを取り除けないことがある。全てのノズル孔を使用できないことで、塗布回数が増えて生産性が低下し、ノズル孔が詰まっている箇所の周辺は、吐出量が少なくなるので塗布した膜面にスジやムラなどの不良現象が発生する。つまり一部のノズルが詰まるだけで要求される生産性と品質を満足させることができなくノズルヘッド交換が必要となり、装置稼動コストが増大する。
【０００８】
そのために、従来から液滴の吐出を行なわない場合にノズル孔の乾燥を防ぐことは重要であり、例えば、ノズルを有するノズルヘッド全体へキャップを行う方法が知られている。更に、そのキャップ内へ溶媒を供給することで、ノズル孔の乾燥を防ぐ方法が開示されている。
【０００９】
この方法を図１にて説明する。図１において、１はノズルヘッド、２はヘッドキャップ、３はインク吸湿剤、４は加熱部材、５はインク排出チューブ、６はインク排出ポンプ、７は弁、８は第２インク供給チューブ、９は第２インク供給ポンプ、１０は第２インクタンク、１１は第２インク、１２はヘッドキャップ押し付け機構である。
【００１０】
一定時間吐出を行わない時は、ヘッドキャップ２をノズルヘッド１に押し付けて密閉させることで、ノズルヘッド１にあるノズル孔（図示せず）の乾燥を防止する。更に、ノズル孔の乾燥防止効果を高めるために、インク吸湿剤３にノズルヘッド１で使用する第１インクを湿らせておく。さらにノズルヘッド１で使用する第１インクより揮発性の高い第２インクをキャップ２へ供給し、加熱部材４を加熱する。これによりインク吸湿剤３からの溶媒の蒸発を促進し、より短時間でヘッドキャップ内を溶媒の飽和蒸気で満たすことで、ノズル孔の乾燥を防止することができると開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２０５４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、液滴吐出装置のノズル孔の乾燥を防ぐ方法として、この方法を産業用途に適用した場合には、問題があり実用化は困難であった。その理由を以下に説明する。
【００１３】
一例としてエレクトロニクス分野での適用、例えば有機ＥＬ表示装置の作成にインクジェットを用いた場合を考える。
【００１４】
有機ＥＬ表示装置は、有機化合物の電界発光現象を利用した発光表示装置である。典型的な有機ＥＬ表示装置は、基板上に駆動回路、陽極、発光機能層、陰極を積層することで作製される。発光機能層には、有機化合物からなる発光層と共に、電子注入層、電子輸送層、正孔注入層、正孔輸送など複数の機能層のうちの１つ以上が積層される。このような構成において、陽極および陰極から正孔輸送層などを介して発光層へ電荷が注入され、注入された電荷が発光層内で再結合することによって発光が生じる。
【００１５】
インクジェットでこれらの発光機能層の材料を有機溶媒へと溶解させたインクを塗布し、乾燥させることで発光機能層が形成される。
【００１６】
このような有機ＥＬ表示装置に用いられるインクジェットヘッドの長さは、マザーガラス基板からの多面取りが可能であり、一回の走査でテレビ全面を塗布できるサイズであると言う生産性を考慮すると、１ｍ〜２ｍ長必要であり、ヘッドキャップも同様の長さが必要である。
【００１７】
また、有機溶媒を用いたインクを使用することで、ヘッドキャップ部分の液に接する箇所に樹脂材料を用いることは出来ない。これは有機溶媒により樹脂が溶解し、樹脂に含まれていた成分も同じく揮発して、塗布されるべき基材に汚染が起こり、デバイス性能が劣化するためである。また、直接的に有機溶媒に接していなくとも、揮発した有機溶媒蒸気により樹脂材料の溶解は起こる。そのためヘッドキャップは金属材料で作る必要があり、ヘッドキャップはかなりの重量物となる。この重量物のヘッドキャップを上下に動作させ、ノズルヘッド面と隙間なくまた傷をつけずにヘッドキャップをノズルヘッドに押し付けるためには、ヘッドキャップ側にバネ機構が必要である。
【００１８】
このバネ機構とインクジェットヘッドの長さにより、装置として非常に大きく複雑な構造を取るために信頼性が低くなる。また、装置面積が広くなるので、面積生産性が劣ることになる。
【００１９】
また、ノズルヘッド、若しくは、ヘッドキャップ側にＯリングと呼ばれるゴム材料からなる弾性体を設けて、両者の密着性を上げると共に、押し付け時の衝撃を吸収している。有機ＥＬ表示装置の発光機能層に用いられる材料は、その化学構造内にベンゼン官能基を持つものが多く、これらの材料を溶かすにはトルエンやアニソールなど同じくベンゼン官能基を持つベンゼン誘導体を複数混合して使用する。これらに耐性があるゴム材料は一般的に少ない。フッ素原子を含有するものは、短期的には耐性があるが、長期的な劣化（溶解、膨潤、亀裂など）は避けられない。また、これらのフッ素系材料はその剛性から成形が難しいため、製品としての価格は高くなる。この高価な交換コストは装置を使う限り、永久に続く。
【００２０】
すなわち、現状産業用途に用いているインクジェットヘッドのノズル孔の詰まりを防止しようとすると、非常に高価で、生産性に劣る装置となっている。この問題は、インクジェットだけに限らず、ダイコートやディスペンサーなどノズル孔が存在する塗布装置において、塗布していない時に共通して生じる問題であると考えられる。
【００２１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、液滴を吐出していない時のノズル近傍の気流および溶媒雰囲気に着目して、重く大きく複雑な装置構造にならずしてもノズル孔の乾燥を防ぎ、安定に吐出できるインクジェットヘッドおよびそれを搭載した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】
【００２２】
本発明は、以下に記載する液滴吐出装置、特にインクジェットヘッドおよび装置に関する。
【００２３】
［１］液滴を吐出するノズルと、前記ノズル周辺にノズルを囲むように配置された気体を噴流する噴流口と、気体を噴流させる制御装置を有することを特徴とするインクジェット装置。
【００２４】
［２］そして、液滴を吐出してない待機時間に、気体を噴流する噴流口から気体を噴流させることを特徴とするインクジェット装置。
【００２５】
［３］そして、気体を噴流させる噴流口の形状が、丸孔や長孔など孔形状もしくはスリット状であることを特徴とするインクジェット装置。
【００２６】
［４］そして、気体の噴流口からの気流が、ノズルを有するヘッド下部において交差させるように気体噴流口を設けたインクジェット装置。
【００２７】
［５］そして、噴流させる気体に吐出する液体を構成する溶媒の蒸気を含ませることを特徴とする。
【００２８】
［６］そして、噴流させる気体に吐出する液体を構成する数種類の溶媒のうち、沸点が低いものを含ませることを特徴とする。
【００２９】
［７］液滴を吐出するノズルと、前記ノズル周辺にノズルを囲むように配置された気体を噴流する噴流口とその制御装置と、前記ノズル周辺に有機溶媒を含ませた気体を噴流する噴流口とその制御装置を有することを特徴とするインクジェット装置。
【００３０】
［８］液滴を吐出しないときは、液滴を吐出する吐出ヘッドを、気体を噴流する気体噴流ヘッドへ収めることを特徴とするインクジェット装置。
【００３１】
［９］そして、液滴を吐出してない待機時間に、気体を噴流する噴流口から気体を、吐出ヘッド周囲を覆うように噴流させることを特徴とするインクジェット装置。
【００３２】
［１０］そして、噴流させる気体に吐出する液体を構成する溶媒の蒸気を含ませることを特徴とする。
【００３３】
［１１］液滴を吐出するノズルと、前記ノズル片側に配置された気体を噴流する噴流口とその制御装置と、ノズルを介してノズル噴流口と逆側に気体を吸引する吸引口とその制御装置を有することを特徴とするインクジェット装置。
【００３４】
［１２］そして液滴を吐出してない待機時間に、気体を噴流する噴流口から気体を噴流させ、その気体を気体吸引口へと吸引することを特徴とするインクジェット装置。
【００３５】
［１３］そして噴流させる気体に吐出する液体を構成する溶媒の蒸気を含ませることを特徴とするインクジェット装置。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の構成によると、液滴を吐出していない状態でもノズル孔の乾燥を防ぐことが十分できるので、確実に不吐出を減らすことができる。その結果、ノズル交換コストを低減し、さらに安定に吐出できるので、歩留まりを上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ノズルの乾燥を防ぐ従来の方法を示す図
【図２】本発明の実施形態１における液滴吐出装置の構成を示す図
【図３Ａ】本発明の液滴吐出ノズルの構成例を示す図
【図３Ｂ】本発明の液滴吐出ノズルの構成例を示す図
【図３Ｃ】本発明の液滴吐出ノズルの構成例を示す図
【図３Ｄ】本発明の液滴吐出ノズルの構成例を示す図
【図４Ａ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図４Ｂ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図４Ｃ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図４Ｄ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図４Ｅ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図４Ｆ】本発明の実施形態１における動作フローを示す図
【図５Ａ】本発明の気体噴流口の構成例を示す図
【図５Ｂ】本発明の気体噴流口の構成例を示す図
【図５Ｃ】本発明の気体噴流口の構成例を示す図
【図６】本発明の実施形態１における液滴吐出ノズルと気体噴流口の関係を示す断面図
【図７】本発明の実施形態１における液滴吐出ノズルと気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の関係を示す断面図
【図８Ａ】本発明の実施形態１における気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の構成例を示す図
【図８Ｂ】本発明の実施形態１における気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の構成例を示す図
【図８Ｃ】本発明の実施形態１における気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の構成例を示す図
【図８Ｄ】本発明の実施形態１における気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の構成例を示す図
【図９】本発明の実施形態２における液滴吐出装置の構成を示す図
【図１０】本発明の実施形態２における液滴吐出時の状態を示す図
【図１１】本発明の実施形態２における液滴吐出ノズルと気体噴流口の関係を示す断面図
【図１２】本発明の実施形態２における液滴吐出ノズルと気体噴流口と溶媒蒸気噴流口の関係を示す断面図
【図１３】本発明の実施形態１における集積化吐出ヘッドと気体噴流ヘッドとの構成を示す図
【図１４】本発明の実施形態２における集積化吐出ヘッドと気体噴流ヘッドとの構成を示す図
【図１５】本発明の実施形態３における液滴吐出ノズルと気体噴流口および吸引口との関係を示す断面図
【図１６】本発明の実施形態３における気体の循環の構成を示す図
【図１７】本発明の実施形態３における吐出ヘッドへ気体を流す位置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、この発明の好ましい実施形態について、添付図面２から１７を参照しながら説明する。なお、参照する図面では、構成を分かりやすくするために実際の縮尺とは異なっている。
【００３９】
（実施の形態１）
図２は、本実施の形態１に係る液滴吐出装置の構成を示す図であり、図２（１）は液滴吐出装置の断面図を示し、図２（２）は同装置の上面図である。
【００４０】
図２において、吐出ヘッド１００には液滴を吐出する複数の液滴吐出ノズル１０１が設けられている。吐出ヘッド１００の周囲には、気体を流すための気体噴流ヘッド２００が設けられている。気体噴流ヘッド２００には、気体を流す気体噴流口２０１が設けられている。塗布される基材４００を載せるステージ３００、ステージ３００を動かすステージ動作機構３０２が設けられている。ステージ３００上には、基材４００を塗布する前に吐出を安定させるために、捨て打ちエリア３０１、３０１´が設けられている。また、これらは装置カバー６００内に設置され、装置カバー６００内の換気を行なうために外部雰囲気流入口５００と内部雰囲気排出口５０１が設けられている。
【００４１】
なお、断面図では簡略のため、吐出ヘッド１００の内部構造は、液滴吐出ノズル１０１のみ、気体噴流ヘッド２００の内部構造は気体噴流口２０１のみを示している。
【００４２】
液滴吐出装置が装置カバー６００内に設けられている理由の１つ目としては、微小な液滴を吐出するので、外部からの気流を防がなければ液滴飛翔角度が変わるためである。２つ目としては、基材４００へのパーティクルの付着を防ぐためである。３つ目としては、吐出するインクは主に有機溶媒からなるために、この有機溶媒蒸気の拡散を防ぐためである。４つ目としては、吐出ヘッド１００やステージ３００が温度変化を受けると、液滴の基材４００に対する着弾精度が悪化するために、装置を温度一定にするためである。
【００４３】
図３は、吐出ヘッド１００と気体噴流ヘッド２００の関係をノズルの吐出された側から見た状態を示す。
【００４４】
図３Ａに示すように、吐出ヘッド１００の周囲に気体噴流ヘッド２００が取り囲んでおり、液滴吐出ノズル１０１の周囲に、気体噴流口２０１を配置されている。また、液滴吐出ノズル１０１は、図３Ｂに示すように複数列並んでいても良い。図３Ｃや図３Ｄに示すようにノズルを互い違いに配列しても良い。なお、図３では液滴吐出ノズル１０１の形状を円状に示しているが楕円や正方形でも良い。
【００４５】
以下、実施の形態１における動作を説明する。図４Ａから図４Ｆに動作フローを示す。
【００４６】
１）第１ステップでは、吐出ヘッド１００が吐出しない状態に有り、図４Ａに示すように気体噴流口２０１から気体２０２が流れている。気体噴流口２０１から気体２０２の流れは、吐出ヘッド１００の周囲を覆い鉛直下向きに向かっている。この気体２０２の流れにより、ヘッドへ直接当たる気流の流れが抑制される。
【００４７】
通常、カバー６００内の環境を保つために、外部雰囲気流入口５００によって装置内吸気が行なわれ、内部雰囲気排出口５０１から排気を行なっている。排出された有機溶媒の蒸気は活性炭などで吸着されて再度雰囲気流入口５００からカバー６００内へ戻される。このために装置内には気流が発生している。またステージ３００が基板４００を乗せるためや、基板４００のアライメントマークを読み取るためなどに動作することにより、装置カバー６００内で気流が発生し、吐出ヘッド１００に微小ながら気流が当たるようになっている。この気流の流れにより、ノズル孔部分からインクを形成している有機溶媒が蒸発を始めることで、液滴吐出ノズル１０１内の材料粘度が上昇し、ノズル孔の詰まりが発生する。
【００４８】
しかしながら、本発明を用いればこれらの装置内の吸排気に伴う気流や、ステージ３００が動作することによる気流が、吐出を停止している液滴吐出ノズル１０１に触れることが無いので、ノズル孔の乾燥を防ぐことができる。
【００４９】
２）第２ステップでは、図４Ｂに示すように、基材４００を乗せたステージ３００が移動を行ない、捨て打ちエリア３０１がヘッド１００の下部に来たときに、気体２０２の噴流を止めて液滴吐出を行い、液滴１０２が吐出される。捨て打ちエリア３０１を過ぎる時には、再び、吐出は停止する。
【００５０】
３）第３ステップでは、図４Ｃに示すように、基材４００に到着したときに、目的とする塗布パターンとなるように液滴１０２の吐出を行なう。液滴１０２の吐出タイミングを目的とする塗布パターンに合せて基板４００に着弾させることで、塗布パターン１０３が得られる。
【００５１】
４）第４ステップでは、図４Ｄに示すように、捨て打ちエリア３０１´に再び吐出を行い吐出停止する。
【００５２】
この状態で、基材４００全面に塗布できていれば、図４Ａの示すようにステージ３００が待機位置に戻り、吐出ヘッド１００からの吐出を止めて気体噴流口２０１から気体２０２を噴流させて次の基材４００が投入されるまで、この状態を維持する。また、基材４００に対して、複数回塗布する必要がある場合は、第４ステップに第５ステップを追加する。
【００５３】
５）第５ステップでは、図４Ｅに示すように、吐出ヘッド１００が捨て打ちエリア３０１´の吐出が終った後に、吐出ヘッド１００の吐出を停止して、吐出ヘッド１００をＹ方向（紙面奥側）へ移動させる。
【００５４】
そして第２ステップから第４ステップを繰り返し、基板４００全面で目的とする塗布パターン１０３を形成する。そして基材４００全面に塗布できていれば、図４Ａの示すように、ステージ３００が待機位置に戻り、吐出ノズル１００の停止を止めて気体噴流口２０１から気体２０２を噴流させて、次の基材４００が投入されるまでこの状態を維持する。
【００５５】
この気体２０２の流れは、整流であり流速は０．１ｍ／ｓから０．５ｍ／ｓが好ましい。０．１ｍ／ｓ以上あれば、カバー６００内の急排気に伴い発生する気流やステージ３００が動作することによる起きる気流より大きいので、ノズル面に気流が当たるのを確実に防ぐことができる。０．５ｍ／ｓ以上であると、装置内のパーティクルを撒き散らすことになり好ましくない。また、気体噴流口の形状であるが、図５Ａや図５Ｂに示すように、丸孔や長孔など孔状で無く複数のスリットを設けた気体噴流スリット２０３を用意しても良い。なお、吐出ノズルの配置は先に示した図３Ａから図３Ｄでもよい。
【００５６】
更に、気体噴流ヘッド２００から気体を噴流する向きは、吐出ヘッド１００下部において、図６に示すように気体２０４が交差する向きに設けるとより効果がある。このことで液滴吐出ノズル１０１が、装置内の吸排気に伴う気流やステージ３００の動作による気流の影響を受けないようになる。さらにこの気体２０４によって、液滴を吐出していないときに液滴吐出ノズル１０１から僅かに蒸発している溶媒蒸気を気体２０４と吐出ヘッド１００に囲まれる内部に留めることができる。この両者の効果により、液滴吐出ノズル１０１の乾燥を防ぐ方法として確実である。
【００５７】
また、気体２０２や２０４の発生源としては、ドライエアーやドライ窒素ガスが良い。これは、装置カバー６００内の湿度環境を保つためであり、有機ＥＬ材料などは湿気により劣化する材料であるからである。更にこの気体２０２や２０４にインクに含まれる溶媒を含ませるとより効果的である。例えば、２種類の溶媒を含むインクであれば、低沸点側の有機溶媒を気体２０２や２０４に含ませて、吐出停止時に流せば、吐出ヘッド１００近傍が素早く溶媒雰囲気なるために、液滴吐出ノズル１０１の乾燥を更に遅くすることができる。
【００５８】
また、気体２０２、２０４に含ませずとも、例えば図７に示すように、気体噴流ヘッド２００内に溶媒蒸気噴流口２０５を設けて、溶媒蒸気２０６を噴流させても良い。
【００５９】
図８Ａから図８Ｄにこの吐出ヘッド１００と気体噴流ヘッド２００と溶媒蒸気噴流口２０５の関係を、ノズルの液滴が吐出された側から見た状態を示す。
【００６０】
吐出ヘッド１００の周りに、気体噴流ヘッド２００が設けられており、気体噴流ヘッドには気体噴流口２０１、若しくは気体噴流スリット２０３、溶媒蒸気噴流口２０５、若しくは溶媒蒸気噴流スリット２０７が形成されている。なお、液滴吐出ノズルの配置は、先に示した図３Ａから図３Ｄでのいずれでもよい。
【００６１】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について説明する。
【００６２】
図９は、本実施の形態２に係る液滴吐出装置の構成を示す図であり、図９（１）は該液滴吐出装置の断面図を示し、図９（２）は同装置の上面図を示すものである。なお、本実施の形態の実施の形態１との違いは、気体噴流ヘッド２００と吐出ヘッド１００を別に分離した状態である。その他は基本的に同様な構成である。
【００６３】
吐出ヘッド１００には、液滴を吐出する複数の液滴吐出ノズル１０１が設けられている。気体噴流ヘッド２００には、気体を流す気体噴流口２０１が設けられている。気体噴流ヘッド２００は、気体噴流ヘッド動作機構７００に固定されている。塗布される基材４００を載せるステージ３００、ステージ３００を動かすステージ動作機構３０２が設けられている。ステージ３００上には初期吐出を行い、塗布を安定させるために捨て打ちエリア３０１、３０１´が設けられている。またこれらは装置カバー６００内に設置され、装置６００内の換気を行なうために外部雰囲気流入口５００と内部雰囲気排出口５０１が設けられている。
【００６４】
実施の形態２における動作は実施の形態１と基本的に同じ構成である。吐出を停止した状態では図１０のように、気体噴流ヘッド８００が気体噴流ヘッド動作機構７００によって吐出ヘッド１００を覆うように移動する。そして、気体噴流ヘッド８００の気体噴流口８０１から気体８０２を噴流する。
【００６５】
また、捨て打ちエリア３００や３００´や基材４００へ塗布する際には、図９に示すように気体噴流ヘッド８００は気体噴流ヘッド動作機構７００によって、ステージ３００と衝突しない位置に戻る。気体噴流ヘッド８００から噴流される気体の向きであるが、図１１に示すように吐出ヘッド１００の下部にて交差する向きに気体噴流口８０１を設けて、吐出ヘッド１００全周が、気体８０２によって囲まれるようにすると良い。これにより、装置カバー６００内の吸排気に伴う気流やステージ３００を動かすことによる気流が、吐出を停止している液滴吐出ノズル１０１に触れることが無いので、ノズル孔の乾燥を防ぐことができる。
【００６６】
なお、この気体８０２に実施の形態１と同様に溶媒蒸気を含ませても良い。図１２に示すように、気体噴流ヘッド８００内に溶媒蒸気噴流口８０３を設けて、溶媒蒸気８０４を噴流させても良い。
【００６７】
実施形態１および２において、吐出ヘッド１００を集積化した集積化吐出ヘッド９００を用いる場合には、図１３や図１４に示すように集積化吐出ヘッド９００の周囲に気体噴流ヘッド２００や８００を設ければよい。
【００６８】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について説明する。
【００６９】
図１５は、実施の形態３を説明するための、吐出ヘッド１００周囲の構成を示す断面図である。吐出ヘッド１００の周囲に、気体噴流ヘッド２００が配置され、気体噴流ヘッド２００内の片側に気体噴流口２０１があり、液滴吐出ノズル１０１に対してその反対側に気体吸引口２０１´が配置されている。気体噴流口２０１は吐出ヘッド１００より引き込んだ位置に有り、気体噴流口２０１から液滴吐出ノズル１０１まで滑らかな面となっている。また気体吸引口２０１´も吐出ヘッド１００より引き込んだ位置に有り、液滴吐出ノズル１０１から気体吸入口２０１´までも滑らかな面で形成されている。実施の形態１の気体噴流ヘッド２００との違いは、気体噴流ヘッド２００内に気体の噴流口２０１と吸引口２０１´があることである。
【００７０】
なお、本断面図では簡略のため、吐出ヘッド１００の内部構造は液滴吐出ノズル１０１のみ、気体噴流ヘッド２００の内部構造は気体噴流口２０１と気体噴流口２０１´のみを示している。
【００７１】
実施の形態３における動作は、実施の形態１と同様ノズルから液滴を吐出していない状態にて、気体２０８を気体噴流口２０１から噴流する。気体２０８は、気体噴流口２０１から液滴吐出ノズル１０１まで形成された滑らかな面を気体が流れることにより起こるコアンダ効果によってこの面に沿って流れ、気体吸引口２０１´に向かう。この気体２０８の流れにより、液滴吐出ノズル１０１表面を気体２０８が覆うので、カバー６００内の吸排気に伴い発生する気流やステージ３００が動作することにより起きる気流を防ぐことができ、ノズル孔の乾燥を防ぐことができる。更に液滴吐出ノズル１０１表面を覆う気流により、ノズル孔へパーティクルが入りにくくもなる。さらに気体吸引口２０１´から気流を吸い込むことで、よりコアンダ効果が発揮され、ノズル孔の乾燥を防ぐことができる。
【００７２】
更に、実施の形態１や実施の形態２にて言及したように、この気体２０８に溶媒を含ませて気体噴流口２０１から気体吸引口２０１´へと流しても良い。実施の形態３の方法によれば、噴流した溶媒雰囲気を吸引するので実施の形態１と２よりも、溶媒の拡散を少なくできると共に、消費量を抑えることができる。図１６にこの構成を示す。気体吸引口２０１´と、ポンプ２１０と溶媒蒸気を発生させるバブラー２０９と、気体噴流口２０１とからなる循環系となっている。
【００７３】
ポンプ２１０から出た気体は、バブラー２０９内の溶媒２１１に入り気泡２１２を発生させる。そしてバブラー２０９内に充満した溶媒蒸気を含んだ気体は、気体噴流口２０１へと導かれる。そして気体噴流口２０１から噴流した気体２０８は、コアンダ効果により、液滴吐出ノズル１０１表面を溶媒蒸気雰囲気にするので、ノズル孔にあるインクが乾きにくくなり詰まりを抑制する。そして溶媒蒸気を含んだ気体２０８は、気体吸引口２０１´からポンプへと戻る。
【００７４】
液滴吐出ノズル１０１表面への溶媒蒸気量は、気体噴流口２０１上流のガス導入配管２１３からドライエアーやドライ窒素ガスを混合することで調整する。例えば、ノズルが結露してしまう場合では、ドライエアーやドライ窒素ガスを流し、溶媒蒸気分圧を下げる。逆にノズル孔が乾燥する場合では、ドライエアーやドライ窒素ガスを少なくして、溶媒蒸気分圧を上げる。さらにポンプ２１０にバイパス配管２１４を設けると、ノズルが基板に近接した場合などの付加変動に対して、影響を少なくすることができる。
【００７５】
また、本実施の形態３の方法を用いれば、多面取り基板の塗布時に使用しないインクジェットヘッドのノズルが乾いて、不吐出ノズルになってしまうことを防止できる。図１７に示すように、ノズルヘッド１００に吐出するノズル群と吐出しないノズル群が存在する場合、吐出するノズル群の方には気体噴流口２０１から気体吸引口２０１´に気体を流さず、吐出を停止しているノズル群には、気体噴流口２０１から気体吸引口２０１´と気体を流す。ノズルよりも噴流口２０１と吸引口２０１´が共にノズルより引き込んだ位置にあるので、インクジェット塗布時に、基板に当たらない。
【００７６】
なお、本実施の形態３であるが、実施の形態１と実施の形態２の違いのように、気体噴流ヘッド２００と吐出１００を分離して構成にしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明によれば、民生用の印刷だけでなく産業用途としてディスプレイや半導体、太陽電池などの製造工程に使用されるインクジェットヘッドおよび装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１００ 吐出ヘッド
１０１ 液滴吐出ノズル
１０２ 液滴
１０３ 塗布パターン
２００ 気体噴流ヘッド
２０１ 気体噴流口
２０１´ 気体吸引口
２０３ 気体噴流スリット
２０５ 溶媒蒸気噴流口
２０７ 溶媒蒸気噴流スリット
２０９ バブラー
２１０ ポンプ
２１１ 溶媒
２１２ 気泡
２１３ ガス導入配管
２１４ バイパス配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルの外側に配置されかつ前記ノズルを囲むように設けられた気体噴流口と、を備えるインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記気体噴流口の形状は、孔形状もしくはスリット状である、請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記ノズルを挟んで対向して配置される気体噴流口の口径は、ヘッド内部に形成される口径に比べ小さく設けられている、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記ノズルを挟んで対向して配置される気体噴流口の形状は、前記ノズルから液滴が吐出される方向に向かってテーパ角を有している、請求項３記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記ノズルの外側、かつ前記気体噴流口よりも内側に配置されると共に、前記ノズルを囲んで設けられる溶媒蒸気噴流口を備え、
前記溶媒蒸気噴流口から、有機溶媒を含ませた気体を噴流する、請求項１〜４の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルの外側に気体噴流口を有し、前記ノズルを挟んで前記気体噴流口と対向する位置に気体吸引口を備え、前記気体噴流口から噴出する気体を前記気体吸引口で吸引する、インクジェットヘッド。
【請求項７】
前記請求項１〜６の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備え、
基材を載置するステージと、前記ステージを移動するステージ動作機構とを具備する、インクジェット装置。
【請求項８】
インクジェットヘッドに形成された複数のノズルから液滴を塗布することで、前記ヘッドに対向して配置された基材に液滴によるパターンを形成する方法において、
前記液滴を吐出しない待機時に、前記ノズルの外側に配置されかつ前記ノズルを囲むように設けられた気体噴流口から気体を噴流させること
を特徴とする塗布方法。
【請求項９】
前記気体噴流口から噴流させる気体に溶媒の蒸気を含ませる、請求項８記載の塗布方法。
【請求項１０】
前記気体に含ませる溶媒は数種類で構成され、複数の溶媒のうち沸点が低い溶媒の蒸気を含ませる、請求項９記載の塗布方法。
【請求項１１】
前記液滴を吐出しない待機時には、
前記ヘッドを気体を噴流する気体噴流ヘッドに収納する、請求項８〜１０の何れか一項に記載の塗布方法。
【請求項１２】
前記液滴を吐出しない待機時には、
前記気体噴流口から気体を、前記ヘッドの周囲を覆うように噴流させる、請求項８〜１０の何れか一項に記載の塗布方法。
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルの外側に配置されかつ前記ノズルを囲むように設けられた気体噴流口と、を備えるインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記気体噴流口の形状は、孔形状もしくはスリット状である、請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記ノズルを挟んで対向して配置される気体噴流口の口径は、ヘッド内部に形成される口径に比べ小さく設けられている、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記ノズルを挟んで対向して配置される気体噴流口の形状は、前記ノズルから液滴が吐出される方向に向かってテーパ角を有している、請求項３記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記ノズルの外側、かつ前記気体噴流口よりも内側に配置されると共に、前記ノズルを囲んで設けられる溶媒蒸気噴流口を備え、
前記溶媒蒸気噴流口から、有機溶媒を含ませた気体を噴流する、請求項１〜４の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルの外側に気体噴流口を有し、前記ノズルを挟んで前記気体噴流口と対向する位置に気体吸引口を備え、前記気体噴流口から噴出する気体を前記気体吸引口で吸引する、インクジェットヘッド。
【請求項７】
前記請求項１〜６の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備え、
基材を載置するステージと、前記ステージを移動するステージ動作機構とを具備する、インクジェット装置。
【請求項８】
インクジェットヘッドに形成された複数のノズルから液滴を塗布することで、前記ヘッドに対向して配置された基材に液滴によるパターンを形成する方法において、
前記液滴を吐出しない待機時に、前記ノズルの外側に配置されかつ前記ノズルを囲むように設けられた気体噴流口から気体を噴流させること
を特徴とする塗布方法。
【請求項９】
前記気体噴流口から噴流させる気体に溶媒の蒸気を含ませる、請求項８記載の塗布方法。
【請求項１０】
前記気体に含ませる溶媒は数種類で構成され、複数の溶媒のうち沸点が低い溶媒の蒸気を含ませる、請求項９記載の塗布方法。
【請求項１１】
前記液滴を吐出しない待機時には、
前記ヘッドを気体を噴流する気体噴流ヘッドに収納する、請求項８〜１０の何れか一項に記載の塗布方法。
【請求項１２】
前記液滴を吐出しない待機時には、
前記気体噴流口から気体を、前記ヘッドの周囲を覆うように噴流させる、請求項８〜１０の何れか一項に記載の塗布方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−２５１２３１（Ｐ２０１１−２５１２３１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２５５８２（Ｐ２０１０−１２５５８２）
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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