機能液吐出方法および機能液吐出装置
【課題】吐出再開始時にインクを安定して吐出するまでの時間を短縮させることができ、かつ、予備吐出におけるインクの使用量を低減でき、製造コストと環境への負荷を低減できる、機能液吐出方法および機能液吐出装置を提供する。
【解決手段】インクタンクに貯蔵されたインクをノズルヘッドに供給し、ノズルヘッドと対向して配置された基板にインクを吐出する機能液吐出方法において、ノズルヘッドを待機位置にて保持する際、ノズルヘッドに対向して配置されたインクリザーバーにノズルからインクを吐出し、ノズルヘッドの吐出面をインクリザーバーに溜められたインクに接触させ、次いで、インクリザーバーに溜められたインクの液面と、インクタンクのインクの液面とを一致させることで解決できる。
【解決手段】インクタンクに貯蔵されたインクをノズルヘッドに供給し、ノズルヘッドと対向して配置された基板にインクを吐出する機能液吐出方法において、ノズルヘッドを待機位置にて保持する際、ノズルヘッドに対向して配置されたインクリザーバーにノズルからインクを吐出し、ノズルヘッドの吐出面をインクリザーバーに溜められたインクに接触させ、次いで、インクリザーバーに溜められたインクの液面と、インクタンクのインクの液面とを一致させることで解決できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能液吐出装置のノズルヘッドにおいて、待機時のメニスカス近傍におけるインク表面の乾燥防止、インク液滴の安定化、並びに、不吐出抑制に関する機能液吐出方法および機能液吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機ＥＬディスプレイなどを安価に製造する方法として、インクジェット法を利用した塗布プロセスが注目されている。インクジェット法を具現化するインクジェットノズルヘッドは、複数のノズルと、各ノズルに連通する圧力発生室と、吐出信号により圧力室の体積を変化させ得る圧電素子とを備え、吐出信号に対応して圧力発生室を膨張／収縮させてインク滴を発生させるように構成されている。
【０００３】
この種のインクジェットノズルヘッドは、吐出動作を中断した場合、ノズルのインクが長時間大気に曝されることでインクの溶媒のみが蒸発し、ノズルヘッド表面が乾燥することがある。その結果、インクの液滴の吐出が不安定になったり、ノズルが目詰まりしたりし、正常な液滴が得られないと言った問題が生じやすくなる。また、不測の事態の停電等で給電停止した場合にも吐出動作が中断され、同様な問題（正常な液滴が得られないと言った問題）が生じやすくなることも知られる。
【０００４】
上記問題を解決する手段として、特許文献１には、ノズルヘッドを非吐出領域に待避させた際、ここですべてのノズルからインク滴を強制的に予備吐出させる方法が提案されている。また、特許文献２〜３には、吐出動作以外の時間にノズルに連通する圧力発生室に設けられた圧電素子に、電流制限抵抗を介して吐出信号を印加して、ノズル近傍のメニスカスを微少振動させるようにし、溶媒の蒸発で増粘した溶液を攪拌し目詰まり防止技術が提案されている。更に、特許文献４には、図８に示すように、ノズル表面が乾燥しないように、吐出待機時に吐出口面２０５ｐの水頭圧を変化させ、吐出口面からインクを滲み出させてインクの増粘、乾燥、固着防止することが提案されている。すなわち、ノズル面とインクタンクの水頭差により、ノズル表面の乾燥防止する手段が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７０６１４号公報
【特許文献２】特開昭５５−１２３４７６号公報
【特許文献３】特開平７−１３７２５２号公報
【特許文献４】特開平１１−３４２６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の技術ではそれぞれ、以下のような問題を有する。
【０００７】
特許文献１では、インクを回収するための機構が必要となるため、複雑で大掛かりな構成となる。特許文献１は、予備吐出によってインク吐出を安定させてから本格的にインク吐出を開始する技術であるため、インクを必要以上に要する（所謂、インクの無駄）が生じるという問題がある。特に、有機ＥＬ素子の製造に使用されるインクは、非常に高価であるので、予備吐出によってインクを必要以上に使用すると、製造コストを引き上げることにも繋がる。また、環境負荷を与える化学物質である有機ＥＬ材料や有機溶媒の使用量が増加するという観点での問題も生じる。
【０００８】
また、特許文献２及び特許文献３は、圧電素子を振動させてメニスカスを揺動させる方法であるが、メニスカスからの溶媒の蒸発を防止できないため、ノズル内のインクは増粘してしまい、吐出再開時の吐出安定性に十分な効果を出せず、不安定や不吐出の要因となっていた。このため、塗布に移行するためには捨て吐出やノズル吸引などの回復動作が必要となり、次の塗布に移行するための準備時間が長く掛かるという問題が生じることになる。更に、特許文献４は、停電など不測の事態で給電停止した場合、吐出動作が中断し水頭差も変化継続させることができないという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を鑑みなされたもので、不測の事態でノズルヘッドへの給電停止が生じ吐出動作を中断した場合でも、吐出再開始時にインクを安定して吐出するまでの時間を短縮させることができ、かつ、予備吐出におけるインクの使用量を低減でき、製造コストと環境への負荷を低減できる、機能液吐出方法および機能液吐出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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の機能液吐出方法は、インクタンクに貯蔵されたインクをノズルヘッドに供給し、ノズルヘッドと対向して配置された基板にインクを吐出する機能液吐出方法において、ノズルヘッドを待機位置にて保持する際、ノズルヘッドに対向して配置されたインクリザーバーにノズルからインクを吐出し、ノズルヘッドの吐出面をインクリザーバーに溜められたインクに接触させ、次いで、インクリザーバーに溜められたインクの液面と、インクタンクのインクの液面とを一致させると良い。
【００１１】
このとき、インクリザーバーには前記溶媒タンクを貯蔵する溶媒が供給され、インクリザーバーに溜められた溶媒の液面を、インクリザーバーに溜められたインクの液面と一致させると好適である。また、ノズルヘッドには圧電素子が配置され、圧電素子に駆動させながら前記ノズルヘッドを待機させると良い。
【００１２】
また、溶媒タンクからインクリザーバーへの溶媒の供給は水頭差で行うと好適である。また、インクタンクを上昇させることで、インクタンクのインクの液面と、インクリザーバーに溜められたインクの液面とを一致させると良い。このとき、ノズルヘッドは複数のノズルを有し、インクの予備吐出を前記複数のノズル全て行うと良い。
【００１３】
また、本発明の機能液吐出装置は、貯蔵されたインクを貯蔵するインクタンクと、インクタンクに接続されノズルからインクを吐出するノズルヘッドとを備え、インクタンクを昇降させる昇降手段をさらに有すると良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、不測の事態でノズルヘッドへの給電停止が生じ吐出動作を中断した場合でも、吐出再開始時にインクを安定して吐出するまでの時間を短縮させることができ、かつ、予備吐出におけるインクの使用量を低減でき、さらに停電時等による給電停止時におけるノズルヘッドの乾燥、固着を効果的に抑制することができ、製造コストと環境への負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における機能液吐出方法の説明図
【図２】本発明の実施の形態に関わるインクジェット装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態に関わる吐出ノズルヘッドユニットの構成図
【図４】本発明の実施の形態に関わるインクリザーバーの構成図
【図５】本発明の実施の形態に関わるインクリザーバーの構成図
【図６】本発明の実施の形態に関わるインクリザーバーの構成図
【図７】本発明の実施の形態に関わるインクリザーバーの構成図
【図８】従来例における機能液吐出方法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
以降の実施の形態では、有機ＥＬディスプレイの発光領域に機能液として、発光材料を溶媒に溶かしたインクをインクジェットで塗布する方法を例に説明を進める。
【００１８】
（実施の形態１）
図２は、本発明に係るインクジェット装置（以降、「液滴吐出装置」という場合もある。）である。図２は、インクジェット装置を上方から見た図である。
【００１９】
図２に示すように、本発明に係るインクジェット装置は、架台２０１とその上に設置された基板搬送ステージ２０２と、基板搬送ステージ２０２に対向して配置されるノズルヘッド１０３とからなる。ノズルヘッド１０３は、基板搬送ステージ２０２を跨ぐ門型のガントリー２０３に設置されている。またノズルヘッド１０３は、ガントリー２０３に沿って待機位置まで移動できるよう構成されている（図２（ａ）においては、ノズルヘッド１０３は紙面の左右方向に移動できる構成である。）。
【００２０】
次に、インクジェット装置の塗布動作について説明する。
【００２１】
基板搬送ステージ２０２は、図２（ａ）に示す位置（架台２０１の手前側）から、図２（ｂ）に示す位置（架台２０１の奥側）に移動する間に、基板搬送ステージ２０２上に載置された基板に向けて、ノズルヘッド１０３からインクが吐出され、基板の塗布領域にインクが塗布される。このときのインクの吐出周波数は、１０００〜５０００Ｈｚである。本実施の形態では、ノズルヘッド１０３が固定され、基板が移動する形態を示したが、ノズルヘッド１０３が移動し、基板が固定された形態でも良い。このとき、基板の塗布領域は、有機ＥＬディスプレイの場合、実質的に映像を映す発光領域であるが、乾燥ムラ対策のダミー領域を含んでも良い。
【００２２】
そして、塗布領域への塗布終了後、基板を交換するまで、ノズルヘッド１０３は図２（ｃ）のように待機位置で待機する。
【００２３】
次にノズルヘッド１０３の構造の詳細を説明する。
【００２４】
図３に、本発明の実施の形態１における機能液のノズルヘッド１０３を示す。
【００２５】
図３に示すように、ノズルヘッド１０３は、インク供給流路１０２を介してインクタンク１００と連結されており、ノズルヘッド１０３に内設されたノズル１０３ａと圧電素子１０３ｂとから構成されている。ノズルヘッド１０３が有するノズルは、直径２０〜５０μｍである。圧電素子１０３ｂは、外部装置から駆動信号を入力し、インク１０１を液滴発生程度の変位を圧電素子に生じさせたり、インク１０１の液滴を発生させない程度の微少振動を生じさせたりするように構成されている。
【００２６】
次にノズルヘッド１０３の動作について説明する。
【００２７】
まず、インク充填流路を介してインクタンク１００にインクを供給し、インクタンク１００からノズルヘッド１０３に連結されたインク供給流路１０２を介して、ノズルヘッド１０３へインク１０１を充填する。インク１０１をノズルヘッド１０３に充填する方法としては、例えば、インクタンク１００内を加圧することで行う。或いは、ノズルヘッド１０３内に内設されたノズル１０３ａと圧電素子１０３ｂを外部装置から駆動信号を入力し、作動させてインク１０１を供給充填する方法があるが、その限りではない。
【００２８】
インクタンク１００は、ノズルヘッド１０３のインク吐出面（符号なし）とインクタンク１００の液面の高さを常に制御するようにしている。例えば、インクタンク１００の液面センサとノズルヘッド１０３のインク吐出面の位置をセンサでセンシングするようにし、インクタンク１００を、例えばモータとギアで昇降できる構成（図３においては、これを「タンク昇降軸」と称する）とし、ノズルヘッド１０３のインク吐出面とインクタンク１００の液面の高さを制御する。つまり、水頭差による水頭圧を制御できる構成とする。
【００２９】
更に、モータとギアの組合せによる昇降構成の場合、停電等による給電停止が生じた場合その位置で停止するため、インクの供給を即停止するようなことはなく、ノズルヘッド１０３からインクが滲みだし供給し続ける効果が得られる方法があるが、その限りではない。
【００３０】
有機ＥＬの製造に使用されるインクは、溶質として、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリアセチレンおよびその誘導体、ポリフェニレンおよびその誘導体、ポリパラフェニレンエチレンおよびその誘導体、ポリ３−ヘキシルチオフェンおよびその誘導体、ポリフルオレンおよびその誘導体などが含まれる。また、溶媒としては、トルエン、キシレン、テトラリン、アニソール等の芳香族系有機溶媒、ジオキサン等のエーテル系溶媒、イソプロピルアルコール等アルコール系溶媒などが含まれる。なお、インクの充填は、待機位置においてなされる。
【００３１】
インクを充填されたノズルヘッド１０３は、インク吐出を確認した後、図２（ａ），（ｂ）の位置に移動し、基板搬送ステージ２０２で搬送される基板の塗布領域に対してインクを吐出する。インクの吐出は、圧電素子１０３ｂに電圧を印可することによってなされる。基板の塗布領域への吐出が完了すると、ノズルヘッド１０３は、待機位置へと移動する。有機ＥＬ向けのインクの場合は、乾燥しやすい性質を有するので、本発明のような待機動作が必要となる。
【００３２】
次に、待機位置に設置されたインクリザーバー１０４について説明する。
【００３３】
図４は、インクリザーバー１０４の構造を示す。インクリザーバー１０４は、ノズルヘッド１０３の有効ノズル面（具体的には、ノズルヘッド１０３の幅）に合わせて、それより寸法が大の凹部構成を有している。インクリザーバー１０４の凹部の大きさは、ノズルに対しては絶対寸法として幅１〜１０ｍｍ、長さ５０〜１５０ｍｍ、深さ１〜５ｍｍの構造を有すればよい。凹部はインクを排液できるインク排液流路１０５を付帯する構成となっている。インク排液流路１０５には開閉弁（図示せず）が配置されており、予備吐出されたインクを排出することができる構造を有する。更に、溶媒タンク１１０と溶媒充填流路（符号なし）を介してインクリザーバー１０４に連結した構成となっている。溶媒タンク１１０は、常にインクリザーバー１０４に溶媒をある一定の水位に保たれるよう構成されている。
【００３４】
なお、インクリザーバー１０４の材質は、ゴム、フッ素ゴム、シリコン樹脂等、比較的硬度が低く、さらに耐溶媒性の材料が好ましい。フッ素樹脂、ポリプロピレン、アルミニウム、ステンレス鋼等、耐溶媒性の高い材料であっても良い。また、図５のようにノズルヘッド１０３全体を覆うような構成とすることで、ノズル面を確実に覆うことができる。
【００３５】
次に、図１を参照しながら待機時の動作について説明する。
【００３６】
待機位置に移動したノズルヘッド１０３は、図１（ａ）のように、インクリザーバー１０４と向き合った状態で保たれる。そして、図１（ｂ）のように、ノズルヘッド１０３に形成された圧電素子１０３ｂを駆動することで、ノズルヘッド１０３に形成された複数のノズルからインクをインクリザーバー１０４に向かって吐出する。この時、インク吐出の周波数は、塗布時の吐出周波数と同様であり、１０００〜５０００Ｈｚで良い。インク吐出を継続させ、図１（ｃ）に示す通り、ノズルヘッド１０３のインク吐出面（ノズルの先端面）がインクリザーバー１０４に溜められたインクに完全に覆われるまでインクをインクリザーバー１０４に充填する。
【００３７】
このとき、圧電素子１０３ｂの吐出周波数は、塗布時の吐出周波数より低い１００〜５００Ｈｚであると良い。待機時の圧電素子１０３ｂの吐出周波数を１００〜５００Ｈｚとすることで、圧電素子１０３ｂの高寿命化が期待できる。このとき、溶媒タンク１１０からもインクリザーバー１０４との水頭差により、溶媒１１２が自然落下的に滲みだし供給される。但し、溶媒１１２は水頭差による自然落下なため、インクリザーバー１０４内は殆どがインク液滴で満たされることになる。
【００３８】
そして、図１（ｄ）のように、タンク昇降軸（符号なし）を駆動することでインクタンク１００を上昇させ、インクリザーバー１０４の液体の液面と、インクタンク１００のインク液面とを一致させる。そして、基板に対してインク吐出を開始するまでこの状態を維持する。なお、インクリザーバー１０４の液体の液面と、インクタンク１００のインク液面とを一致させる方法は、ノズルヘッド１０３及びインクリザーバー１０４と、インクタンク１００とを相対的に移動させればよく、例えば、ノズルヘッド１０３及びインクリザーバー１０４を移動（降下）させることで実施しても良い。また、インクタンク１００のみならず、溶媒タンク１１０を移動させ、インクリザーバー１０４の液体の液面と、インクタンク１００及び溶媒タンク１１０のそれぞれの液面とを一致させると好適である。
【００３９】
以上のような待機時の動作によると、ノズルがインクと接触した状態で待機するので、メニスカスからの溶媒の蒸発を防止できる。このことによって、インクの増粘を抑制し、準備動作の時間を短縮できる。また、インクを予備吐出しながらノズルとインクを接触させることで、ノズルとインクリザーバーに溜められたインクとが接触する際ノズル内への気泡の噛み込みがなく、塗布を再開する際の吐出安定性を短時間で確保でき、準備動作の時間を短縮できる。
【００４０】
更に、圧電素子を駆動し続けることで、圧電素子駆動開始時に伴う不安定を発生させず安定した吐出が可能となる。なお、圧電素子の駆動開始時に伴う不安定とは、圧電素子の近傍の温度が駆動状態に近い状態まで上昇していないことによる不安定性である。また、ノズルをインクに接触させた状態で駆動し続けるので、ノズルとインクリザーバーの間でインクの交換は行われるがインクを消費することはない。よって、予備吐出におけるインクの消費量を抑制することができる。
【００４１】
更に、水頭差によって、溶媒タンクからインクリザーバーにも溶媒が滲みだし供給されるため、インクの溶媒が蒸発しても、溶媒タンクから溶媒を滲みだし供給するため、インクリザーバー内のインク増粘を抑制することができる。その結果、長期休暇よる長期待機状態も可能となる。
【００４２】
また、インクタンク１００および溶媒タンク１１０は、ノズルヘッド１０３のインク吐出面と、インクタンク１００および溶媒タンク１１０の液面の高さを常に制御するようにする。例えば、インクタンク１００、及び、溶媒タンク１１０の液面高さをセンシングする液面センサと、ノズルヘッド１０３のインク吐出面の位置をセンシングする液面センサとで、ノズルヘッド１０３のインク吐出面と、インクタンク１００および溶媒タンク１１０の液面の高さを制御する。具体的には、インクタンク１００及び溶媒タンク１１０を例えばモータとギアで昇降できる構成とし、水頭差による水頭圧を制御できる構成とする。更に、モータとギアの組合せによる昇降構成の場合、停電等による給電停止が生じた場合その位置で停止するため、インクおよび溶媒の供給を即停止するようなことはなく、滲みだし供給し続ける効果が得られる方法があるが、その限りではない。
【００４３】
本実施の形態の場合、従来に比べ、準備動作時間を１０分〜１５分程度短縮でき、長期休暇明けの立ち上げ準備動作時間を、１時間〜１２時間短縮することができる。なお、インクの予備吐出は、複数のノズルの全ノズルで行うことが望ましい。このことで、全ノズルに対して、吐出開始時の安定性を十分確保できるので、準備時間を短縮できる。
【００４４】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２の待機動作について説明する。
【００４５】
本実施の形態は、前述の実施の形態１と同様の構成であるが、インクタンク１００と溶媒タンク１１０との昇降構成に、それぞれ圧空シリンダ（符号なし）を設置する点が異なる。圧空シリンダに圧空の供給切り替えするための電磁弁は、ノーマルオープンのものを使用する。それにより、通常の通電時は圧空の供給はなく、停電等による給電停止が生じた場合、圧空が供給されシリンダがある一定の高さまである一定の速度で伸長し、インクおよび溶媒の供給をある一定時間供給し続ける効果が得られる。
【００４６】
シリンダの速度を制御するには、例えば電磁弁とシリンダ間にスピードコントロール制御装置を設け任意に速度を調節すれば良い。溶媒タンク１１０は、例えば水平方向に大きく奥行きがあり（図示なし）、かつ、インクリザーバー１０４のインク、及び、溶媒が蒸発して減少しても、２４時間から４８時間は溶媒が尽きることのない容量を備える。
【００４７】
本実施の形態によると、休眠による長期待機状態も可能となり、停電等による装置への給電が停止状態となった場合でも、その後の復旧時の復旧作業においてもノズルの不吐出を抑制でき、より迅速により効果的に復旧することができる。また、従来に比べ、停電等による装置への給電が停止状態となった場合の復旧準備動作時間を１０分〜２時間程度短縮でき、長期休暇明けの立ち上げ準備動作時間も１時間〜１２時間短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の機能液吐出方法は、ノズルが乾燥雰囲気にないので、増粘を抑制でき、インクの使用量の抑制と吐出の準備時間の短縮をすることができる。このことから、インクジェット吐出装置を利用した機能素子の製造方法に適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１００ インクタンク
１０１ インク
１０２ インク供給流路
１０３ ノズルヘッド
１０３ａ ノズル
１０３ｂ 圧電素子
１０４ インクリザーバー
１０５ インク排液流路
１０９ タンク昇降軸
１１０ 溶媒タンク
１１１ 溶媒供給流路
１１２ 溶媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能液吐出装置のノズルヘッドにおいて、待機時のメニスカス近傍におけるインク表面の乾燥防止、インク液滴の安定化、並びに、不吐出抑制に関する機能液吐出方法および機能液吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機ＥＬディスプレイなどを安価に製造する方法として、インクジェット法を利用した塗布プロセスが注目されている。インクジェット法を具現化するインクジェットノズルヘッドは、複数のノズルと、各ノズルに連通する圧力発生室と、吐出信号により圧力室の体積を変化させ得る圧電素子とを備え、吐出信号に対応して圧力発生室を膨張／収縮させてインク滴を発生させるように構成されている。
【０００３】
この種のインクジェットノズルヘッドは、吐出動作を中断した場合、ノズルのインクが長時間大気に曝されることでインクの溶媒のみが蒸発し、ノズルヘッド表面が乾燥することがある。その結果、インクの液滴の吐出が不安定になったり、ノズルが目詰まりしたりし、正常な液滴が得られないと言った問題が生じやすくなる。また、不測の事態の停電等で給電停止した場合にも吐出動作が中断され、同様な問題（正常な液滴が得られないと言った問題）が生じやすくなることも知られる。
【０００４】
上記問題を解決する手段として、特許文献１には、ノズルヘッドを非吐出領域に待避させた際、ここですべてのノズルからインク滴を強制的に予備吐出させる方法が提案されている。また、特許文献２〜３には、吐出動作以外の時間にノズルに連通する圧力発生室に設けられた圧電素子に、電流制限抵抗を介して吐出信号を印加して、ノズル近傍のメニスカスを微少振動させるようにし、溶媒の蒸発で増粘した溶液を攪拌し目詰まり防止技術が提案されている。更に、特許文献４には、図８に示すように、ノズル表面が乾燥しないように、吐出待機時に吐出口面２０５ｐの水頭圧を変化させ、吐出口面からインクを滲み出させてインクの増粘、乾燥、固着防止することが提案されている。すなわち、ノズル面とインクタンクの水頭差により、ノズル表面の乾燥防止する手段が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７０６１４号公報
【特許文献２】特開昭５５−１２３４７６号公報
【特許文献３】特開平７−１３７２５２号公報
【特許文献４】特開平１１−３４２６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の技術ではそれぞれ、以下のような問題を有する。
【０００７】
特許文献１では、インクを回収するための機構が必要となるため、複雑で大掛かりな構成となる。特許文献１は、予備吐出によってインク吐出を安定させてから本格的にインク吐出を開始する技術であるため、インクを必要以上に要する（所謂、インクの無駄）が生じるという問題がある。特に、有機ＥＬ素子の製造に使用されるインクは、非常に高価であるので、予備吐出によってインクを必要以上に使用すると、製造コストを引き上げることにも繋がる。また、環境負荷を与える化学物質である有機ＥＬ材料や有機溶媒の使用量が増加するという観点での問題も生じる。
【０００８】
また、特許文献２及び特許文献３は、圧電素子を振動させてメニスカスを揺動させる方法であるが、メニスカスからの溶媒の蒸発を防止できないため、ノズル内のインクは増粘してしまい、吐出再開時の吐出安定性に十分な効果を出せず、不安定や不吐出の要因となっていた。このため、塗布に移行するためには捨て吐出やノズル吸引などの回復動作が必要となり、次の塗布に移行するための準備時間が長く掛かるという問題が生じることになる。更に、特許文献４は、停電など不測の事態で給電停止した場合、吐出動作が中断し水頭差も変化継続させることができないという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を鑑みなされたもので、不測の事態でノズルヘッドへの給電停止が生じ吐出動作を中断した場合でも、吐出再開始時にインクを安定して吐出するまでの時間を短縮させることができ、かつ、予備吐出におけるインクの使用量を低減でき、製造コストと環境への負荷を低減できる、機能液吐出方法および機能液吐出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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の機能液吐出方法は、インクタンクに貯蔵されたインクをノズルヘッドに供給し、ノズルヘッドと対向して配置された基板にインクを吐出する機能液吐出方法において、ノズルヘッドを待機位置にて保持する際、ノズルヘッドに対向して配置されたインクリザーバーにノズルからインクを吐出し、ノズルヘッドの吐出面をインクリザーバーに溜められたインクに接触させ、次いで、インクリザーバーに溜められたインクの液面と、インクタンクのインクの液面とを一致させると良い。
【００１１】
このとき、インクリザーバーには前記溶媒タンクを貯蔵する溶媒が供給され、インクリザーバーに溜められた溶媒の液面を、インクリザーバーに溜められたインクの液面と一致させると好適である。また、ノズルヘッドには圧電素子が配置され、圧電素子に駆動させながら前記ノズルヘッドを待機させると良い。
【００１２】
また、溶媒タンクからインクリザーバーへの溶媒の供給は水頭差で行うと好適である。また、インクタンクを上昇させることで、インクタンクのインクの液面と、インクリザーバーに溜められたインクの液面とを一致させると良い。このとき、ノズルヘッドは複数のノズルを有し、インクの予備吐出を前記複数のノズル全て行うと良い。
【００１３】
また、本発明の機能液吐出装置は、貯蔵されたインクを貯蔵するインクタンクと、インクタンクに接続されノズルからインクを吐出するノズルヘッドとを備え、インクタンクを昇降させる昇降手段をさらに有すると良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、不測の事態でノズルヘッドへの給電停止が生じ吐出動作を中断した場合でも、吐出再開始時にインクを安定して吐出するまでの時間を短縮させることができ、かつ、予備吐出におけるインクの使用量を低減でき、さらに停電時等による給電停止時におけるノズルヘッドの乾燥、固着を効果的に抑制することができ、製造コストと環境への負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における機能液吐出方法の説明図
【図２】本発明の実施の形態に関わるインクジェット装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態に関わる吐出ノズルヘッドユニットの構成図
【図４】本発明の実施の形態に関わるインクリザーバーの構成図
【図５】本発明の実施の形態に関わるインクリザーバーの構成図
【図６】本発明の実施の形態に関わるインクリザーバーの構成図
【図７】本発明の実施の形態に関わるインクリザーバーの構成図
【図８】従来例における機能液吐出方法の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
以降の実施の形態では、有機ＥＬディスプレイの発光領域に機能液として、発光材料を溶媒に溶かしたインクをインクジェットで塗布する方法を例に説明を進める。
【００１８】
（実施の形態１）
図２は、本発明に係るインクジェット装置（以降、「液滴吐出装置」という場合もある。）である。図２は、インクジェット装置を上方から見た図である。
【００１９】
図２に示すように、本発明に係るインクジェット装置は、架台２０１とその上に設置された基板搬送ステージ２０２と、基板搬送ステージ２０２に対向して配置されるノズルヘッド１０３とからなる。ノズルヘッド１０３は、基板搬送ステージ２０２を跨ぐ門型のガントリー２０３に設置されている。またノズルヘッド１０３は、ガントリー２０３に沿って待機位置まで移動できるよう構成されている（図２（ａ）においては、ノズルヘッド１０３は紙面の左右方向に移動できる構成である。）。
【００２０】
次に、インクジェット装置の塗布動作について説明する。
【００２１】
基板搬送ステージ２０２は、図２（ａ）に示す位置（架台２０１の手前側）から、図２（ｂ）に示す位置（架台２０１の奥側）に移動する間に、基板搬送ステージ２０２上に載置された基板に向けて、ノズルヘッド１０３からインクが吐出され、基板の塗布領域にインクが塗布される。このときのインクの吐出周波数は、１０００〜５０００Ｈｚである。本実施の形態では、ノズルヘッド１０３が固定され、基板が移動する形態を示したが、ノズルヘッド１０３が移動し、基板が固定された形態でも良い。このとき、基板の塗布領域は、有機ＥＬディスプレイの場合、実質的に映像を映す発光領域であるが、乾燥ムラ対策のダミー領域を含んでも良い。
【００２２】
そして、塗布領域への塗布終了後、基板を交換するまで、ノズルヘッド１０３は図２（ｃ）のように待機位置で待機する。
【００２３】
次にノズルヘッド１０３の構造の詳細を説明する。
【００２４】
図３に、本発明の実施の形態１における機能液のノズルヘッド１０３を示す。
【００２５】
図３に示すように、ノズルヘッド１０３は、インク供給流路１０２を介してインクタンク１００と連結されており、ノズルヘッド１０３に内設されたノズル１０３ａと圧電素子１０３ｂとから構成されている。ノズルヘッド１０３が有するノズルは、直径２０〜５０μｍである。圧電素子１０３ｂは、外部装置から駆動信号を入力し、インク１０１を液滴発生程度の変位を圧電素子に生じさせたり、インク１０１の液滴を発生させない程度の微少振動を生じさせたりするように構成されている。
【００２６】
次にノズルヘッド１０３の動作について説明する。
【００２７】
まず、インク充填流路を介してインクタンク１００にインクを供給し、インクタンク１００からノズルヘッド１０３に連結されたインク供給流路１０２を介して、ノズルヘッド１０３へインク１０１を充填する。インク１０１をノズルヘッド１０３に充填する方法としては、例えば、インクタンク１００内を加圧することで行う。或いは、ノズルヘッド１０３内に内設されたノズル１０３ａと圧電素子１０３ｂを外部装置から駆動信号を入力し、作動させてインク１０１を供給充填する方法があるが、その限りではない。
【００２８】
インクタンク１００は、ノズルヘッド１０３のインク吐出面（符号なし）とインクタンク１００の液面の高さを常に制御するようにしている。例えば、インクタンク１００の液面センサとノズルヘッド１０３のインク吐出面の位置をセンサでセンシングするようにし、インクタンク１００を、例えばモータとギアで昇降できる構成（図３においては、これを「タンク昇降軸」と称する）とし、ノズルヘッド１０３のインク吐出面とインクタンク１００の液面の高さを制御する。つまり、水頭差による水頭圧を制御できる構成とする。
【００２９】
更に、モータとギアの組合せによる昇降構成の場合、停電等による給電停止が生じた場合その位置で停止するため、インクの供給を即停止するようなことはなく、ノズルヘッド１０３からインクが滲みだし供給し続ける効果が得られる方法があるが、その限りではない。
【００３０】
有機ＥＬの製造に使用されるインクは、溶質として、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリアセチレンおよびその誘導体、ポリフェニレンおよびその誘導体、ポリパラフェニレンエチレンおよびその誘導体、ポリ３−ヘキシルチオフェンおよびその誘導体、ポリフルオレンおよびその誘導体などが含まれる。また、溶媒としては、トルエン、キシレン、テトラリン、アニソール等の芳香族系有機溶媒、ジオキサン等のエーテル系溶媒、イソプロピルアルコール等アルコール系溶媒などが含まれる。なお、インクの充填は、待機位置においてなされる。
【００３１】
インクを充填されたノズルヘッド１０３は、インク吐出を確認した後、図２（ａ），（ｂ）の位置に移動し、基板搬送ステージ２０２で搬送される基板の塗布領域に対してインクを吐出する。インクの吐出は、圧電素子１０３ｂに電圧を印可することによってなされる。基板の塗布領域への吐出が完了すると、ノズルヘッド１０３は、待機位置へと移動する。有機ＥＬ向けのインクの場合は、乾燥しやすい性質を有するので、本発明のような待機動作が必要となる。
【００３２】
次に、待機位置に設置されたインクリザーバー１０４について説明する。
【００３３】
図４は、インクリザーバー１０４の構造を示す。インクリザーバー１０４は、ノズルヘッド１０３の有効ノズル面（具体的には、ノズルヘッド１０３の幅）に合わせて、それより寸法が大の凹部構成を有している。インクリザーバー１０４の凹部の大きさは、ノズルに対しては絶対寸法として幅１〜１０ｍｍ、長さ５０〜１５０ｍｍ、深さ１〜５ｍｍの構造を有すればよい。凹部はインクを排液できるインク排液流路１０５を付帯する構成となっている。インク排液流路１０５には開閉弁（図示せず）が配置されており、予備吐出されたインクを排出することができる構造を有する。更に、溶媒タンク１１０と溶媒充填流路（符号なし）を介してインクリザーバー１０４に連結した構成となっている。溶媒タンク１１０は、常にインクリザーバー１０４に溶媒をある一定の水位に保たれるよう構成されている。
【００３４】
なお、インクリザーバー１０４の材質は、ゴム、フッ素ゴム、シリコン樹脂等、比較的硬度が低く、さらに耐溶媒性の材料が好ましい。フッ素樹脂、ポリプロピレン、アルミニウム、ステンレス鋼等、耐溶媒性の高い材料であっても良い。また、図５のようにノズルヘッド１０３全体を覆うような構成とすることで、ノズル面を確実に覆うことができる。
【００３５】
次に、図１を参照しながら待機時の動作について説明する。
【００３６】
待機位置に移動したノズルヘッド１０３は、図１（ａ）のように、インクリザーバー１０４と向き合った状態で保たれる。そして、図１（ｂ）のように、ノズルヘッド１０３に形成された圧電素子１０３ｂを駆動することで、ノズルヘッド１０３に形成された複数のノズルからインクをインクリザーバー１０４に向かって吐出する。この時、インク吐出の周波数は、塗布時の吐出周波数と同様であり、１０００〜５０００Ｈｚで良い。インク吐出を継続させ、図１（ｃ）に示す通り、ノズルヘッド１０３のインク吐出面（ノズルの先端面）がインクリザーバー１０４に溜められたインクに完全に覆われるまでインクをインクリザーバー１０４に充填する。
【００３７】
このとき、圧電素子１０３ｂの吐出周波数は、塗布時の吐出周波数より低い１００〜５００Ｈｚであると良い。待機時の圧電素子１０３ｂの吐出周波数を１００〜５００Ｈｚとすることで、圧電素子１０３ｂの高寿命化が期待できる。このとき、溶媒タンク１１０からもインクリザーバー１０４との水頭差により、溶媒１１２が自然落下的に滲みだし供給される。但し、溶媒１１２は水頭差による自然落下なため、インクリザーバー１０４内は殆どがインク液滴で満たされることになる。
【００３８】
そして、図１（ｄ）のように、タンク昇降軸（符号なし）を駆動することでインクタンク１００を上昇させ、インクリザーバー１０４の液体の液面と、インクタンク１００のインク液面とを一致させる。そして、基板に対してインク吐出を開始するまでこの状態を維持する。なお、インクリザーバー１０４の液体の液面と、インクタンク１００のインク液面とを一致させる方法は、ノズルヘッド１０３及びインクリザーバー１０４と、インクタンク１００とを相対的に移動させればよく、例えば、ノズルヘッド１０３及びインクリザーバー１０４を移動（降下）させることで実施しても良い。また、インクタンク１００のみならず、溶媒タンク１１０を移動させ、インクリザーバー１０４の液体の液面と、インクタンク１００及び溶媒タンク１１０のそれぞれの液面とを一致させると好適である。
【００３９】
以上のような待機時の動作によると、ノズルがインクと接触した状態で待機するので、メニスカスからの溶媒の蒸発を防止できる。このことによって、インクの増粘を抑制し、準備動作の時間を短縮できる。また、インクを予備吐出しながらノズルとインクを接触させることで、ノズルとインクリザーバーに溜められたインクとが接触する際ノズル内への気泡の噛み込みがなく、塗布を再開する際の吐出安定性を短時間で確保でき、準備動作の時間を短縮できる。
【００４０】
更に、圧電素子を駆動し続けることで、圧電素子駆動開始時に伴う不安定を発生させず安定した吐出が可能となる。なお、圧電素子の駆動開始時に伴う不安定とは、圧電素子の近傍の温度が駆動状態に近い状態まで上昇していないことによる不安定性である。また、ノズルをインクに接触させた状態で駆動し続けるので、ノズルとインクリザーバーの間でインクの交換は行われるがインクを消費することはない。よって、予備吐出におけるインクの消費量を抑制することができる。
【００４１】
更に、水頭差によって、溶媒タンクからインクリザーバーにも溶媒が滲みだし供給されるため、インクの溶媒が蒸発しても、溶媒タンクから溶媒を滲みだし供給するため、インクリザーバー内のインク増粘を抑制することができる。その結果、長期休暇よる長期待機状態も可能となる。
【００４２】
また、インクタンク１００および溶媒タンク１１０は、ノズルヘッド１０３のインク吐出面と、インクタンク１００および溶媒タンク１１０の液面の高さを常に制御するようにする。例えば、インクタンク１００、及び、溶媒タンク１１０の液面高さをセンシングする液面センサと、ノズルヘッド１０３のインク吐出面の位置をセンシングする液面センサとで、ノズルヘッド１０３のインク吐出面と、インクタンク１００および溶媒タンク１１０の液面の高さを制御する。具体的には、インクタンク１００及び溶媒タンク１１０を例えばモータとギアで昇降できる構成とし、水頭差による水頭圧を制御できる構成とする。更に、モータとギアの組合せによる昇降構成の場合、停電等による給電停止が生じた場合その位置で停止するため、インクおよび溶媒の供給を即停止するようなことはなく、滲みだし供給し続ける効果が得られる方法があるが、その限りではない。
【００４３】
本実施の形態の場合、従来に比べ、準備動作時間を１０分〜１５分程度短縮でき、長期休暇明けの立ち上げ準備動作時間を、１時間〜１２時間短縮することができる。なお、インクの予備吐出は、複数のノズルの全ノズルで行うことが望ましい。このことで、全ノズルに対して、吐出開始時の安定性を十分確保できるので、準備時間を短縮できる。
【００４４】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２の待機動作について説明する。
【００４５】
本実施の形態は、前述の実施の形態１と同様の構成であるが、インクタンク１００と溶媒タンク１１０との昇降構成に、それぞれ圧空シリンダ（符号なし）を設置する点が異なる。圧空シリンダに圧空の供給切り替えするための電磁弁は、ノーマルオープンのものを使用する。それにより、通常の通電時は圧空の供給はなく、停電等による給電停止が生じた場合、圧空が供給されシリンダがある一定の高さまである一定の速度で伸長し、インクおよび溶媒の供給をある一定時間供給し続ける効果が得られる。
【００４６】
シリンダの速度を制御するには、例えば電磁弁とシリンダ間にスピードコントロール制御装置を設け任意に速度を調節すれば良い。溶媒タンク１１０は、例えば水平方向に大きく奥行きがあり（図示なし）、かつ、インクリザーバー１０４のインク、及び、溶媒が蒸発して減少しても、２４時間から４８時間は溶媒が尽きることのない容量を備える。
【００４７】
本実施の形態によると、休眠による長期待機状態も可能となり、停電等による装置への給電が停止状態となった場合でも、その後の復旧時の復旧作業においてもノズルの不吐出を抑制でき、より迅速により効果的に復旧することができる。また、従来に比べ、停電等による装置への給電が停止状態となった場合の復旧準備動作時間を１０分〜２時間程度短縮でき、長期休暇明けの立ち上げ準備動作時間も１時間〜１２時間短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の機能液吐出方法は、ノズルが乾燥雰囲気にないので、増粘を抑制でき、インクの使用量の抑制と吐出の準備時間の短縮をすることができる。このことから、インクジェット吐出装置を利用した機能素子の製造方法に適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１００ インクタンク
１０１ インク
１０２ インク供給流路
１０３ ノズルヘッド
１０３ａ ノズル
１０３ｂ 圧電素子
１０４ インクリザーバー
１０５ インク排液流路
１０９ タンク昇降軸
１１０ 溶媒タンク
１１１ 溶媒供給流路
１１２ 溶媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクタンクに貯蔵されたインクをノズルヘッドに供給し、前記ノズルヘッドと対向して配置された基板にインクを吐出する機能液吐出方法において、
前記ノズルヘッドを待機位置にて保持する際、前記ノズルヘッドに対向して配置されたインクリザーバーに前記ノズルからインクを吐出し、前記ノズルヘッドの吐出面を前記インクリザーバーに溜められたインクに接触させ、次いで、前記インクリザーバーに溜められたインクの液面と、前記インクタンクのインクの液面とを一致させること、
を特徴とする機能液吐出方法。
【請求項２】
前記インクリザーバーには前記溶媒タンクを貯蔵する溶媒が供給され、
前記インクリザーバーに溜められた溶媒の液面を、前記インクリザーバーに溜められたインクの液面と一致させる、請求項１記載の機能液吐出方法。
【請求項３】
前記ノズルヘッドには圧電素子が配置され、前記圧電素子に駆動させながら前記ノズルヘッドを待機させる、請求項１又は２に記載の機能液吐出方法。
【請求項４】
前記溶媒タンクから前記インクリザーバーへの溶媒の供給は水頭差で行う、請求項２又は３に記載の機能液吐出方法。
【請求項５】
前記インクタンクを上昇させることで、前記インクタンクのインクの液面と、前記インクリザーバーに溜められたインクの液面とを一致させる、請求項１〜４の何れか一項に記載の機能液吐出方法。
【請求項６】
前記ノズルヘッドは複数のノズルを有し、インクの予備吐出を前記複数のノズル全て行う、請求項１〜５の何れか一項に記載の機能液吐出方法。
【請求項７】
貯蔵されたインクを貯蔵するインクタンクと、
前記インクタンクに接続されノズルからインクを吐出するノズルヘッドと、を備える機能液吐出装置において、
前記インクタンクを昇降させる昇降手段と、を有することを特徴とする機能液吐出装置。
【請求項１】
インクタンクに貯蔵されたインクをノズルヘッドに供給し、前記ノズルヘッドと対向して配置された基板にインクを吐出する機能液吐出方法において、
前記ノズルヘッドを待機位置にて保持する際、前記ノズルヘッドに対向して配置されたインクリザーバーに前記ノズルからインクを吐出し、前記ノズルヘッドの吐出面を前記インクリザーバーに溜められたインクに接触させ、次いで、前記インクリザーバーに溜められたインクの液面と、前記インクタンクのインクの液面とを一致させること、
を特徴とする機能液吐出方法。
【請求項２】
前記インクリザーバーには前記溶媒タンクを貯蔵する溶媒が供給され、
前記インクリザーバーに溜められた溶媒の液面を、前記インクリザーバーに溜められたインクの液面と一致させる、請求項１記載の機能液吐出方法。
【請求項３】
前記ノズルヘッドには圧電素子が配置され、前記圧電素子に駆動させながら前記ノズルヘッドを待機させる、請求項１又は２に記載の機能液吐出方法。
【請求項４】
前記溶媒タンクから前記インクリザーバーへの溶媒の供給は水頭差で行う、請求項２又は３に記載の機能液吐出方法。
【請求項５】
前記インクタンクを上昇させることで、前記インクタンクのインクの液面と、前記インクリザーバーに溜められたインクの液面とを一致させる、請求項１〜４の何れか一項に記載の機能液吐出方法。
【請求項６】
前記ノズルヘッドは複数のノズルを有し、インクの予備吐出を前記複数のノズル全て行う、請求項１〜５の何れか一項に記載の機能液吐出方法。
【請求項７】
貯蔵されたインクを貯蔵するインクタンクと、
前記インクタンクに接続されノズルからインクを吐出するノズルヘッドと、を備える機能液吐出装置において、
前記インクタンクを昇降させる昇降手段と、を有することを特徴とする機能液吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２３０３９１（Ｐ２０１１−２３０３９１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０３３０７（Ｐ２０１０−１０３３０７）
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【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１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【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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