(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-24
(54)【発明の名称】流体を印刷する方法
(51)【国際特許分類】
B41J 2/14 20060101AFI20220517BHJP
B41J 2/01 20060101ALI20220517BHJP
B41J 2/16 20060101ALI20220517BHJP
B41J 3/407 20060101ALI20220517BHJP
B41M 5/00 20060101ALI20220517BHJP
【ＦＩ】
B41J2/14 501
B41J2/01 303
B41J2/01 401
B41J2/14 613
B41J2/16 401
B41J2/16 301
B41J2/01 451
B41J3/407
B41M5/00 120
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021541730
(86)(22)【出願日】2019-03-20
(85)【翻訳文提出日】2021-08-05
(86)【国際出願番号】 IB2019052287
(87)【国際公開番号】W WO2020157548
(87)【国際公開日】2020-08-06
(31)【優先権主張番号】PL428770
(32)【優先日】2019-02-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】PL
(31)【優先権主張番号】PL429147
(32)【優先日】2019-03-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】PL
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521318941
【氏名又は名称】エックスティーピーエル エス．アー．
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】グラネック，フィリップ
(72)【発明者】
【氏名】ウィアトロウスカ，アネタ
(72)【発明者】
【氏名】フィジャク，クシシュトフ
(72)【発明者】
【氏名】ダスザ，ミハウ
(72)【発明者】
【氏名】チチョン，プシェミスワフ
(72)【発明者】
【氏名】コワルジェフスキ，ピョートル
【テーマコード（参考）】
2C056
2C057
2H186
【Ｆターム（参考）】
2C056EA04
2C056EB08
2C056EB36
2C056EC08
2C056EC11
2C056EC28
2C056EC31
2C056EC32
2C056EC33
2C056EC35
2C056EC72
2C056FA04
2C056FA15
2C056FC01
2C056HA12
2C056HA17
2C056HA20
2C056HA38
2C056KA08
2C056KD06
2C057AF21
2C057AG03
2C057AG07
2C057AG09
2C057AG44
2C057AM15
2C057AN07
2C057AP13
2C057AP21
2C057BA03
2C057BA14
2H186AA17
(57)【要約】
流体を基板（１１０）の印刷可能面（１１２）に印刷する方法。印字ヘッド（１０４）は、出力部（１６６）、細長い入力部、及び出力部（１６６）と細長い入力部との間のテーパー部からなる微細構造流体排出器（２００）を含む。出力部（１６６）は、０．１μｍと５μｍとの間の範囲にある内径の出口オリフィス、及び０．１μｍ未満の表面粗さを有する端面を含む。微細構造流体排出器（２００）の出力部（１６６）が下方に向いた状態で、印字ヘッド（１０４）を基板（１１０）の上に位置決めする。印刷中に、印字ヘッド位置決めシステム（１０８）は、端面と基板（１１０）の印刷可能面（１１２）との間の縦方向距離を０μｍから５μｍの範囲内に維持し、空気圧システム（１０６）は、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲で、微細構造流体排出器（２００）における流体に圧力を加える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体を基板の印刷可能面に印刷する方法であって、前記基板を基板台の上の固定位置に位置決めするステップと、
微細構造流体排出器を含む印字ヘッドを供給するステップであって、前記微細構造流体排出器は、（１）０．１μｍと５μｍとの間の範囲にある出力内径の出口オリフィス、及び０．１μｍ未満の表面粗さを有する端面を含む出力部、（２）少なくとも１００倍分だけ前記出力内径よりも大きい入力内径を有する細長い入力部、及び（３）前記細長い入力部と前記出力部との間のテーパー部を含むステップと、
前記印字ヘッドを前記基板の上に位置決めするステップと、
前記出口オリフィスが下方に向き、前記端面が前記印刷可能面の方に面した状態で、前記微細構造流体排出器を方向付けるステップと、
空気圧システムを前記印字ヘッドに連結するステップと、
前記基板に対して前記印字ヘッドの縦方向変位及び前記印字ヘッドの横方向変位を制御する印字ヘッド位置決めシステムを供給するステップと、
印刷中に、前記印字ヘッド位置決めシステムを動作させて、前記端面と前記印刷可能面との間の縦方向距離を０μｍから５μｍの範囲内に制御するステップと、
前記印刷中に、前記印字ヘッド位置決めシステムを動作させて、前記印字ヘッドを横方向に変位させるステップと、
前記空気圧システムを動作させて、前記細長い入力部を介して前記微細構造流体排出器における前記流体に圧力を加えるステップであって、前記印刷中に、前記圧力を、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲内に調節するステップと
を含み、
前記印刷中に、前記印字ヘッドと前記基板との間の印加電界無しで連続的な流れで前記出口オリフィスを介して流体を排出し、前記連続的な流れは、前記印刷可能面に流体の線を形成する
方法。
【請求項2】
前記表面粗さは、１ｎｍと２０ｎｍとの間の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記印字ヘッド位置決めシステムを動作させて、前記印字ヘッドを横方向に変位させる前記ステップは、前記印刷中に、０．０１ｍｍ／ｓｅｃから１０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲にある速度で前記基板に対して前記印字ヘッドを横方向に変位させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記印刷可能面の上の前記線は、１．０倍分から２０．０倍分の範囲だけ前記出力内径よりも大きい線幅を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記印字ヘッド位置決めシステムを動作させて、前記縦方向距離を１０μｍ以上に増加し、前記印刷可能面への流体の流れを停止するステップを更に含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記微細構造流体排出器は、ガラスを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記空気圧システムは、ポンプ及び圧力調節器を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記印字ヘッド位置決めシステムを動作させて、前記縦方向距離を制御する前記ステップは、前記印刷中に、前記縦方向変位を調整して、前記印刷可能面と接触して前記テーパー部を維持することを更に含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記印字ヘッド位置決めシステムを動作させて、前記印字ヘッドを横方向に変位させる前記ステップは、前記印刷中に、横方向変位の方向に沿って前記基板に対して前記印字ヘッドを横方向に変位させることを含み、前記テーパー部を、前記印刷中に、横方向変位の前記方向に沿って傾斜させる又は曲げる、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
撮像システムを動作させて、前記テーパー部の前記傾斜又は曲げを検出するステップを更に含み、前記印字ヘッド位置決めシステムを動作させて、前記縦方向距離を制御する前記ステップは、前記検出傾斜に応じて前記縦方向変位を調整することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
縦方向変位センサーを動作させて、前記印刷可能面の上の基準位置に対する基準縦方向変位を測定するステップを更に含み、前記印字ヘッド位置決めシステムを動作させて、前記縦方向距離を制御する前記ステップは、前記測定基準縦方向変位に応じて前記縦方向変位を調整することを更に含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記縦方向変位センサーは、レーザー変位センサーである、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記印字ヘッド位置決めシステムを動作させて、前記印字ヘッドを横方向に変位させる前記ステップは、前記印刷中に、横方向変位の方向に沿って前記基板に対して前記印字ヘッドを横方向に変位させることを含み、前記縦方向変位センサーを、前記印刷中に、横方向変位の前記方向に沿って前記微細構造流体排出器の前方に位置決めする、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
第１の歯を含む音叉を供給するステップであって、マーカー部位は、前記第１の歯に位置し、前記音叉は、前記出力部が前記マーカー部位と接触している場合、非摂動共振周波数ｆ０、及び前記非摂動共振周波数ｆ０と測定可能に異なる摂動共振周波数ｆＮを特徴とするステップと、前記マーカー部位の座標を第１の座標系で判定するステップと、
前記印字ヘッドを位置決めして、前記出力部を前記音叉の近傍に持って来るステップと、
測定回路を前記音叉に連結するステップと、
前記非摂動共振周波数ｆ０及び前記摂動共振周波数ｆＮを含む周波数の範囲にある可変周波数信号を前記音叉に伝送して、前記音叉が振動するようにするステップと、
前記出力部を多数の座標に変位させながら、前記信号に対する前記音叉の周波数応答を測定して、前記摂動共振周波数が検出される前記出力部の前記座標を判定するステップと、
前記摂動共振周波数が検出される前記出力部の前記座標に応じて、前記印字ヘッド位置決めシステムを較正するステップと
を更に含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
前記マーカー部位は、マーカー点を含み、前記マーカー点を含む前記マーカー部位のマップをメモリ記憶装置に供給するステップと、
前記マーカー点の座標が前記マップから判定されるまで、前記周波数応答を測定する前記ステップを繰り返すステップと
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記流体は、１センチポイズから２０００センチポイズの範囲にある粘度を有する、請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項17】
前記流体は、１センチポイズから１０センチポイズの範囲にある粘度を有し、前記空気圧システムを動作させる前記ステップは、前記印刷中に、前記圧力を、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から０パスカル（Ｐａ）の範囲内に調節することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記流体は、１００センチポイズから２００センチポイズの範囲にある粘度を有し、前記空気圧システムを動作させる前記ステップは、前記印刷中に、前記圧力を、２０，０００パスカル（Ｐａ）から８０，０００パスカル（Ｐａ）の範囲内に調節することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項19】
前記流体は、ナノ粒子を含む、請求項１～１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項20】
前記ナノ粒子は、量子ドットを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
前記流体は、銀、チタン、及び炭素を含む群から選択される元素を含む、請求項１～２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項22】
前記印字ヘッドは、第２の微細構造流体排出器を更に含む、請求項１～２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項23】
流体タンクを前記印字ヘッドに連結するステップを更に含む、請求項１～２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項24】
圧電アクチュエータを前記流体タンクに連結するステップと、前記圧電アクチュエータを動作させて、前記流体タンクの振動を引き起こすステップと
を更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記圧電アクチュエータを動作させる前記ステップは、前記流体タンクの前記振動を変調することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項26】
前記流体タンクと前記細長い入力部との間に弾性流体導管を供給するステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項27】
圧電アクチュエータを前記印字ヘッドに連結するステップと、前記圧電アクチュエータを動作させて、前記微細構造流体排出器の振動を引き起こすステップと
を更に含む、請求項１～２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項28】
前記圧電アクチュエータを動作させる前記ステップは、前記微細構造流体排出器の前記振動を変調することを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項29】
印字ヘッドを供給する前記ステップは、ガラス管を供給することと、
前記ガラス管を集束イオンビーム装置に設置することと、
前記ガラス管のテーパー部の方へ集束イオンビームを向け、前記テーパー部を横切って、前記出口オリフィス及び前記端面を含む出力部を規定することと、
前記端面の前記表面粗さが０．１μｍ未満であるように、前記集束イオンビームを用いて前記端面を研磨して、微細構造流体排出器を得ることと、
前記微細構造流体排出器を前記集束イオンビーム装置から取り外すことと
を含む、請求項１～２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項30】
前記空気圧システムを動作させて、１０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲にある圧力を加えながら、溶剤に前記出力部を浸漬させることを含む、前記出力部を洗浄するステップを更に含む、請求項１～２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項31】
前記印字ヘッド位置決めシステムを動作させて、前記印字ヘッドを横方向に変位させる前記ステップは、第１の方向に経路に沿って前記印字ヘッドを横切り、次に、前記第１の方向と反対側の第２の方向に前記経路に沿って前記印字ヘッドを横切ることを含む、請求項１～３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項32】
請求項１～３１のいずれか一項に記載の方法を含む、オープン欠陥を修理する方法。
【請求項33】
微細構造流体排出器を装着容器に装着するステップであって、前記微細構造流体排出器は、前記装着容器に装着される場合、前記微細構造流体排出器の縦軸を中心として回転可能であるステップと、回転デバイスを前記微細構造流体排出器に連結するステップと、
前記微細構造流体排出器の縦軸を中心として前記微細構造流体排出器に制御回転を与えるステップと
を更に含む、請求項１～３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項34】
流体を基板の印刷可能面に印刷する方法であって、前記基板を基板台の上の固定位置に位置決めするステップと、
第１の端部、及び前記第１の端部と反対側の第２の端部を有する共通レールと、
前記第１の端部と前記第２の端部との間の前記共通レールに沿って配列される微細構造流体排出器のバンクであって、前記微細構造流体排出器の各々は、（１）０．１μｍと５μｍとの間の範囲にある出力内径の出口オリフィス、及び０．１μｍ未満の表面粗さを有する端面を含む出力部、（２）少なくとも１００倍分だけ前記出力内径よりも大きい入力内径を有する細長い入力部、及び（３）前記細長い入力部と前記出力部との間のテーパー部を含むバンクと、
前記第１の端部の近くに位置決めされる第１の縦方向変位センサーと、
前記第２の端部の近くに位置決めされる第２の縦方向変位センサーと、
ベース支持体と、
前記第１の端部を前記ベース支持体に取り付ける第１の圧電スタック線形アクチュエータと、
前記第２の端部を前記ベース支持体に取り付ける第２の圧電スタック線形アクチュエータと
を含む印字ヘッドモジュールを供給するステップと、
前記印字ヘッドモジュールを前記基板の上に位置決めするステップと、
前記出口オリフィスが下方に向き、前記端面が前記印刷可能面の方に面した状態で、前記微細構造流体排出器の各々を方向付けるステップと、
空気圧システムを前記印字ヘッドモジュールに連結するステップと、
前記基板に対して前記印字ヘッドモジュールの前記ベース支持体の縦方向変位及び前記印字ヘッドモジュールの前記ベース支持体の横方向変位を制御する印字ヘッドモジュール位置決めシステムを供給するステップと、
印刷中に、前記印字ヘッドモジュール位置決めシステムを動作させて、前記基板に対して前記印字ヘッドモジュールの前記ベース支持体を横方向に変位させるステップと、
前記空気圧システムを動作させて、前記それぞれの細長い入力部を介して前記微細構造流体排出器における前記流体に圧力を加えるステップであって、前記印刷中に、前記圧力を、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲内に調節するステップと、
前記第１の縦方向変位センサーを動作させて、前記印刷可能面の上の第１の基準位置に対する第１の基準縦方向変位を測定するステップと、
前記第２の縦方向変位センサーを動作させて、前記印刷可能面の上の第２の基準位置に対する第２の基準縦方向変位を測定するステップと、
前記第１の圧電スタック線形アクチュエータを動作させて、前記第１の基準縦方向変位に応じて前記第１の端部と前記ベース支持体との間の第１の縦方向間隔を調整するステップと、
前記第２の圧電スタック線形アクチュエータを動作させて、前記第２の基準縦方向変位に応じて前記第２の端部と前記ベース支持体との間の第２の縦方向間隔を調整するステップと
を含む方法。
【請求項35】
前記印字ヘッドモジュール位置決めシステムを動作させる前記ステップは、前記印刷中に、横方向変位の方向に沿って前記基板に対して前記印字ヘッドモジュールの前記ベース支持体を横方向に変位させることを含み、横方向変位の前記方向は、前記第１の端部から前記第２の端部へのベクトルに対して略垂直である、請求項３４に記載の方法。
【請求項36】
前記第１の変位センサーを横方向変位の前記方向に沿って前記微細構造流体排出器の前方に位置決めするステップと、前記第２の変位センサーを横方向変位の前記方向に沿って前記微細構造流体排出器の前方に位置決めするステップと
を更に含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項37】
第２の印字ヘッドモジュールを供給するステップを更に含む、請求項３４～３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項38】
微細構造流体排出器を製造する方法であって、ガラス管、細長い入力部及びテーパー部を供給するステップと、
前記ガラス管を集束イオンビーム装置に設置するステップと、
前記テーパー部の方へ集束イオンビームを向け、前記テーパー部を横切って、出口オリフィス及び端面を含む出力部を規定するステップと、
前記端面の表面粗さが０．１μｍ未満であるように、前記集束イオンビームを用いて前記端面を研磨して、微細構造流体排出器を得るステップと、
前記微細構造流体排出器を前記集束イオンビーム装置から取り外すステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
背景
フォトレジスト層のフォトリソグラフィーパターン形成、次いで、パターン形成フォトレジストをマスクとして用いた下地金属層のエッチングによって、金属線を形成することができる。しかし、フォトリソグラフィー及びエッチング設備のコストが高いので、特に約１μｍから約１０μｍの範囲にある線幅に対して、非常に生産的な代替案が必要である。
フォトレジスト層のフォトリソグラフィーパターン形成、次いで、パターン形成フォトレジストをマスクとして用いた下地金属層のエッチングによって、金属線を形成することができる。しかし、フォトリソグラフィー及びエッチング設備のコストが高いので、特に約１μｍから約１０μｍの範囲にある線幅に対して、非常に生産的な代替案が必要である。
【0002】
インクジェット印刷は、非常に生産的であることができる加法処理である。減法処理であるフォトリソグラフィー及びエッチングと対照的に、無駄な材料が少ない。これは、量子ドットなどの高コスト材料のパターンの形成に対して特に考慮すべき事項である。それにもかかわらず、従来のインクジェット印刷工程は、約１μｍから約１０μｍの範囲にある線幅を有するパターンの形成に最適でないことが分かっている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
概要
１つの態様において、本開示は、流体を基板の印刷可能面に印刷する方法に関する。この方法によれば、印字ヘッドは、流体を連続的な流れで排出する。方法は、出力部、細長い入力部、及び出力部と細長い入力部との間のテーパー部を含む微細構造流体排出器を含む印字ヘッドを供給することを含む。出力部は、０．１μｍ～５μｍの間の範囲にある内径の出口オリフィス、及び０．１μｍ未満の表面粗さを有する端面を含む。微細構造流体排出器の出力部が下方に向いた状態で、印字ヘッドを基板の上に位置決めする。印刷中に、印字ヘッド位置決めシステムは、端面と基板の印刷可能面との間の縦方向距離を０μｍ～５μｍの範囲内に維持し、空気圧システムは、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲で、微細構造流体排出器における流体に圧力を加える。
１つの態様において、本開示は、流体を基板の印刷可能面に印刷する方法に関する。この方法によれば、印字ヘッドは、流体を連続的な流れで排出する。方法は、出力部、細長い入力部、及び出力部と細長い入力部との間のテーパー部を含む微細構造流体排出器を含む印字ヘッドを供給することを含む。出力部は、０．１μｍ～５μｍの間の範囲にある内径の出口オリフィス、及び０．１μｍ未満の表面粗さを有する端面を含む。微細構造流体排出器の出力部が下方に向いた状態で、印字ヘッドを基板の上に位置決めする。印刷中に、印字ヘッド位置決めシステムは、端面と基板の印刷可能面との間の縦方向距離を０μｍ～５μｍの範囲内に維持し、空気圧システムは、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲で、微細構造流体排出器における流体に圧力を加える。
【0004】
別の態様において、印刷中に、微細構造流体排出器の出力部を、基板の印刷可能面と接触して維持する。テーパー部を、横方向変位の方向に沿って傾斜させる又は曲げる場合、撮像システムは、テーパー部の傾斜又は曲げを検出し、出力部の縦方向変位を、検出傾斜又は曲げに応じて調整する。
【0005】
更に別の態様において、縦方向変位センサーは、縦方向変位センサーと印刷可能面上の基準位置との間の基準縦方向変位を測定し、基準縦方向変位に応じて、出力部の縦方向変位を調整する。
【0006】
更に別の態様において、座標が第１の座標系で正確に知られている音叉を用いて、微細構造流体排出器の出力部の位置を較正する。出力部が音叉と接触する場合、音叉の共振周波数を、測定可能に摂動させる。
【0007】
更に別の態様において、ガラス管を集束イオンビーム装置に設置し、集束イオンビームを使用して、テーパー部を横切って、出口オリフィス及び端面を含む出力部を規定する。集束イオンビームを使用して、端面を研磨して微細構造流体排出器を得る。
【0008】
更に別の態様において、微細構造流体排出器を、装着容器に装着する。微細構造流体排出器は、微細構造流体排出器の縦軸を中心として回転可能であり、回転デバイスは、微細構造流体排出器に連結されて、微細構造流体排出器の縦軸を中心として微細構造流体排出器に制御回転を与える。
【0009】
更に別の態様において、流体を基板の印刷可能面に印刷する方法は、印字ヘッドモジュールを供給することを含む。印字ヘッドモジュールは、共通レール、及び共通レールに沿って配列される微細構造流体排出器のバンクを含む。微細構造流体排出器は、より高い生産性のために、同時に流体を印刷する。共通レールは、共通レールの端部の近くに位置決めされる圧電スタック線形アクチュエータによって、印字ヘッドモジュールのベース支持体からつるされる。縦方向変位センサーは、共通レールの各端部に位置決めされ、印刷可能面の上の基準位置に対するそれぞれの基準縦方向変位を測定するように構成される。それぞれの基準縦方向変位に応じて、圧電スタック線形アクチュエータは、端部とベース支持体との間のそれぞれの縦方向間隔を調整する。
【0010】
上述の概要は、各開示の実施形態又は特許請求の範囲の主題のあらゆる実装形態を説明するように意図されていない。より詳細には、下記の説明は、例示的な実施形態を示す。出願全体にわたる幾つかの場所で、様々な組み合わせで使用可能な例を通して、指針を与える。リストの何れの場合も、列挙リストは、代表的なグループとして単に役立ち、排他的なリストとして解釈されるべきではない。
【0011】
図面の簡単な説明
開示は、添付図面に関連して開示の様々な実施形態の下記の詳細な説明を考慮してより完全に理解されるであろう。
開示は、添付図面に関連して開示の様々な実施形態の下記の詳細な説明を考慮してより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１の実施形態による例示的な流体印刷装置のブロック図である。
【図2】毛細ガラス管の略側面図である。
【図3】毛細ガラス管の一部の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）図である。
【図4】低倍率下の、毛細ガラス管のテーパー部の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）図である。
【図5】高倍率下の、毛細ガラス管のテーパー部の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）図である。
【図6】高倍率下の、集束イオンビーム処理後の出力部の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）図である。
【図7】第２の実施形態による微細構造流体排出器を形成する方法のフロー図である。
【図8】印刷方法のフロー図である。
【図9】印字ヘッドの切り取り略側面図である。
【図10】印刷中に基板と接触している微細構造流体排出器の側面図の写真である。
【図11】第３の実施形態による例示的な流体印刷装置のブロック図である。
【図12】印字ヘッド、縦方向変位センサー、及び印字ヘッド位置決めシステムのブロック図である。
【図13】音叉の写真である。
【図14】第４の実施形態による位置較正システムの動作を例示する音叉の略斜視図である。
【図15】第５の実施形態による位置較正システムの動作を例示する音叉の略側面図である。
【図16】較正方法のフロー図である。
【図17】第６の実施形態による例示的な流体印刷装置のブロック図である。
【図18】第７の実施形態による例示的な印字ヘッドのブロック図である。
【図19】例示的な印字ヘッドモジュールの略側面図である。
【図21】第８の実施形態による例示的な流体印刷装置のブロック図である。
【図22】第８の実施形態の例示的な流体印刷装置の動作を含む印刷方法のフロー図である。
【図23】オープン欠陥を有する基板の略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
例示的な実施形態の詳細な説明
本出願の出願人は、各開示内容全体を参照により本明細書に引用したものとする下記のポーランド特許出願を所有する。
本出願の出願人は、各開示内容全体を参照により本明細書に引用したものとする下記のポーランド特許出願を所有する。
【0014】
２０１９年３月５日に出願の「FLUID PRINTING APPARATUS」と称するポーランド特許出願第ＰＬ４２９１４５号
【0015】
２０１９年３月５日に出願の「METHOD OF PRINTING FLUID」と称するポーランド特許出願第ＰＬ４２９１４７号
【0016】
２０１９年２月１９日に出願の「CONDUCTIVE INK COMPOSITIONS」と称するポーランド特許出願第ＰＬ４２８９６３号
【0017】
２０１９年２月１日に出願の「FLUID PRINTING APPARATUS」と称するポーランド特許出願第ＰＬ４２８７６９号
【0018】
２０１９年２月１日に出願の「METHOD OF PRINTING FLUID」と称するポーランド特許出願第ＰＬ４２８７７０号
【0019】
本開示は、流体を基板の印刷可能面に印刷する方法に関する。この方法によれば、印字ヘッドは、流体を連続的な流れで排出する。方法は、出力部、細長い入力部、及び出力部と細長い入力部との間のテーパー部を含む微細構造流体排出器を含む印字ヘッドを供給することを含む。出力部は、０．１μｍ～５μｍの間の範囲にある内径の出口オリフィス、及び０．１μｍ未満の表面粗さを有する端面を含む。微細構造流体排出器の出力部が下方に向いた状態で、印字ヘッドを基板の上に位置決めする。印刷中に、印字ヘッド位置決めシステムは、端面と基板の印刷可能面との間の縦方向距離を０μｍから５μｍの範囲内に維持し、空気圧システムは、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲で、微細構造流体排出器における流体に圧力を加える。
【0020】
この開示において、用語「好ましい（preferred）」及び「好ましくは（preferably）」は、特定の状況下で特定の利益を与えることができる特許請求の範囲に記載の主題の実施形態を意味する。しかし、他の実施形態も、同じ又は他の状況下で好ましい。更に、１つ又は複数の好ましい実施形態の列挙は、他の実施形態が、有用でなく、特許請求の範囲に記載の主題の範囲から他の実施形態を除外するように意図されていないことを意味しない。
【0021】
用語「含む（comprises）」及びこの用語の変型例は、これらの用語が明細書及び特許請求の範囲で見られる限定的な意味を有しない。
【0022】
特に指示がない限り、「１つ（a）」、「１つ（an）」、「その（the）」及び「少なくとも１つ（at least one）」は、交換可能に使用され、１つ又は複数を意味する。
【0023】
更に、終点による数値範囲の朗読は、その範囲内に包含される全数を含む（例えば、１から５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含む）。
【0024】
別個のステップを含む本明細書に開示の任意の方法に対して、実現可能な順番にステップを実行してもよい。必要に応じて、２つ以上のステップの任意の組み合わせを、同時に実行してもよい。
【0025】
第１の実施形態による例示的な流体印刷装置について、図１を参照して説明する。図１は、第１の実施形態による例示的な流体印刷装置のブロック図である。流体印刷装置１００は、基板台１０２、印字ヘッド１０４、空気圧システム１０６、及び印字ヘッド位置決めシステム１０８を含む。基板１１０は、印刷中に、基板台１０２の上の適所に固定され、上方に面し、印字ヘッド１０４の方に面している印刷可能面１１２を有する。印字ヘッド１０４を、基板１１０の上に位置決めする。
【0026】
基板１１０は、任意の適切な材料（例えば、ガラス、プラスチック、金属、又はシリコン）であることができる。可撓性基板を使用することもできる。更に、基板は、既存の金属線、回路、又は基板上の他の付着材料を有することができる。例えば、本開示は、既存の回路にオープン欠陥がある領域に線を印刷することができるオープン欠陥修理装置に関する。このような場合、基板は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用の薄膜トランジスタアレイ基板であることができる。
【0027】
印字ヘッド１０４は、第２の実施形態による微細構造流体排出器を含む。発明者は、本開示における微細構造流体排出器として、市販の毛細ガラス管を改造して使用することができることが分かっている。例えば、０．５μｍの先端内径を有するEppendorf（商標） Femtotips（商標） Microinjection Capillary Tipsと呼ばれる毛細ガラス管は、Fisher Scientificから入手できる。市販の毛細ガラス管１２０を、図２に概略的に示す。プラスチックハンドル１２２を、毛細ガラス管の周囲の毛細ガラス管１２０に取り付ける。プラスチックハンドル１２２は、入力端部１２４、及び入力端部１２４に近いネジ込み部１２６を含み、ネジ込み部１２６は、外部物体又は外部導管（図２では図示せず）へのネジ接続を行うことができる。入力端部１２４は、１．２ｍｍの内径を有する。
【0028】
毛細ガラス管は、細長い入力部１２８及びテーパー部１３０を含む。毛細ガラス管１２０の外部可視部１３４がある。細長い入力部１２８一部を、周囲プラスチックハンドル１２２によって不透明にしてもよい。テーパー部１３０は、０．５μｍの公称内径を有する出力端部１３２の方へ先細になる。細長い入力部１２８から出力端部１３２へのテーパー部１３０に沿った直径の減少を、図３～図５に一層はっきりと例示する。図３は、毛細ガラス管１２０の外部可視部１３４全体の走査電子顕微鏡写真図（複数のSEM像の縫合から形成される）である。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）における低倍率下で観測される、出力端部１３２を含むテーパー部１３０の第１の拡大部位１３６を、図４に示す。更に、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）における高倍率下で観測される、第１の拡大部位１３６内に位置する第２の拡大部位１３８を、図５に示す。図５では、出力端部１３２において、テーパー部に沿った異なる長手方向位置（１４０、１４２、１４４、１４６、及び１４８）で測定された外径を、図５及び表１に示す。外径は、出力端部１３２で最小であり、出力端部１３２から長手方向距離が増大するにつれて増大する。出力端部１３６と長手方向位置１４８との間の長手方向距離９０は、約１０．０７μｍであると測定される。
【0029】
【表1】
【0030】
出力内径（この例で、公称０．５μｍ）が小さ過ぎる場合、テーパー部１３０に沿って適切な長手方向位置（例えば、長手方向位置１４０、１４２、１４４、１４６、又は１４８）で毛細ガラス管１２０を切断することによって、出力内径を増大することができる。微細構造流体排出器２００を得るために毛細ガラス管１２０を処理する方法１５０を、図７に示す。ステップ１５２で、例えば、図２に示す毛細ガラス管１２０を供給する。ステップ１５４で、毛細ガラス管を、集束イオンビーム（FIB）装置に設置する。例えば、プラズマ源Ｘｅ＋FIB（PFIBとも呼ばれる）を使用する。ステップ１５６で、テーパー部１３０に沿った長手方向位置を選択し、ガラス管を切断するのに十分なエネルギー密度で、集束イオンビームを、その長手方向位置に向ける。ステップ１５６で、選択長手方向位置でテーパー部にわたって集束イオンビームを用いて、切断を行う。前のステップ１５６の完了後、（FIB装置における）走査電子顕微鏡を使用して、出力端部における内径を測定する（ステップ１５８）。測定された内径が小さ過ぎる場合、テーパー部に沿って別の長手方向位置で、ステップ１５６を実行し、ステップ１５８を実行する。所望の内径が得られるまで、ステップ１５６及び１５８を繰り返す。図６に示すように、最終切断（ステップ１５６）は、出口オリフィス１６８及び端面１７０を含む出力部１６６を規定する。出口オリフィス１６８は、０．１μｍ～５μｍの間の範囲にある出力内径を有する。図６に示す例において、出力内径は、１．６０２μｍであると測定され、出力外径は、２．００４μｍであると測定される。次に、ステップ１６０で、集束イオンビームのエネルギーを減少し、集束イオンビームを端面１７０に向ける。０．１μｍ未満、好ましくは１ｎｍ～２０ｎｍの間の範囲にある表面粗さを有する端面を得るために、集束イオンビームを用いて、端面１７０を研磨する。図６に示す例の端面において、端面は０．１μｍ未満の表面粗さを有することを、外径及び内径寸法から推定することができる。FIB装置の研磨性能を考慮する場合、端面の表面粗さは、１ｎｍ～２０ｎｍの間の範囲にあると多分考えられる。ステップ１６０の完了時に、微細構造流体排出器２００が得られる。次に、ステップ１６２で、微細構造流体排出器２００を、FIB装置から取り外す。更に、１０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲にある圧力を加えながら、溶剤への浸漬によって、微細構造流体排出器、特に出力部を洗浄することが好ましい（ステップ１６４）。流体に使用される溶剤と同じ溶剤を使用することが効果的であると分かっている。例えば、流体がメタノールを含む場合、このステップ１６４で洗浄するための溶剤としてメタノールを使用することが効果的であると分かっている。上述は、毛細ガラス管を改造によって得られる微細構造流体排出器の例の説明である。より一般的には、微細構造流体排出器を、他の材料（例えば、プラスチック、金属、及びシリコン）、又は材料の組み合わせから得ることができることが考えられる。
【0031】
ステップ１６２及び／又はステップ１６４の完了時に、微細構造流体排出器２００は、印字ヘッド１０４に設置する準備ができている。図８は、流体印刷装置を動作させる（図１、図１１）印刷方法１８０のフロー図である。ステップ１８２で、基板１１０を、基板台１０２の上の固定位置に位置決めする。ステップ１８４で、印字ヘッド１０４を供給する。このステップは、図７に記載のような微細構造流体排出器を用意すること、及び微細構造流体排出器を印字ヘッド１０４に設置することを含む。ステップ１８６で、印字ヘッド１０４を、基板１１０（図１）の上に位置決めする。ステップ１８８で、出口オリフィス１６８が下方に向き、端面１７０が基板１１０の印刷可能面１１２の方に面した状態で、微細構造流体排出器２００を方向付ける。ステップ１９０で、空気圧システム１０６を印字ヘッド１０４に連結する。例えば、空気圧システムは、ポンプ及び圧力調節器を含む。
【0032】
印字ヘッド１０４の例を、図９に示す。印字ヘッド１０４は、微細構造流体排出器２００を含む。微細構造流体排出器２００の一部、及びプラスチックハンドル１２２を、外部ハウジング２０４に収容する。細長い入力部１２８は、外部ハウジング２０４から下方に延在する。出口オリフィス１６８及び端面１７０を含む出力部１６６（図６）は、細長い入力部１２８から下方に位置する。テーパー部１３０は、出力部１６６と細長い入力部１２８との間に位置する。外部ハウジング２０４は、空気圧導管２１０及び流体導管２０８を含む本体２０２を収容する。空気圧導管２１０及び流体導管２０８の両方を、プラスチックハンドル１２２の入力端部１２４に接続する。プラスチックハンドル１２２を、プラスチックハンドル１２２のネジ込み部１２６によって本体２０２に取り付ける。空気圧導管２１０は、空気圧コネクタ２１６の出力端部を取り付けるために使用される入力端部にネジ込み部２１４を有する。空気圧コネクタ２１６は、空気圧システム１０６（図９では図示せず）を接続する入力端部２２０を有する。流体導管２０８を介して、流体（例えば、インク）を、微細構造流体排出器２００に供給する。図９に示すように、流体が微細構造流体排出器２００に供給された後、流体導管２０８に、流体入口プラグ２１２を差し込む。
【0033】
印刷方法１８０について、引き続き図８を参照して説明する。ステップ１９２で、印字ヘッド位置決めシステム１０８を供給する。印字ヘッド位置決めシステム１０８は、基板に対して印字ヘッド１０４の縦方向変位及び印字ヘッド１０４の横方向変位を制御する。ステップ１９４で、印刷中に、印字ヘッド位置決めシステム１０８を動作させて、端面１７０と印刷可能面１１２との間の縦方向距離を０μｍから５μｍの範囲内に制御する。ステップ１９６で、印刷中に、印字ヘッド位置決めシステム１０８を動作させて、基板に対して印字ヘッド１０４を横方向に変位させる。基板に対する印字ヘッド１０４の横方向変位は、下記の選択肢のうち１つを意味する。選択肢（１）は、基板が静止しており、印字ヘッド１０４を横方向に移動させる、選択肢（２）は、印字ヘッド１０４を横方向に移動させず、基板を横方向に移動させる、及び選択肢（３）は、印字ヘッド１０４及び基板の両方を横方向に移動させる。選択肢（１）において、印字ヘッド１０４を横方向及び縦方向に移動させる。選択肢（２）において、印字ヘッド１０４を、縦方向に移動させるけれども、横方向に移動させず、基板が適切な位置に固定される基板台を、横方向に移動させる。更に、選択肢（２）において、印字ヘッド位置決めシステム１０８は、印字ヘッド１０４に連結された縦方向位置決め器、及び基板台に連結された横方向位置決め器を含む。ステップ１９８で、空気圧システム１０６を動作させて、細長い入力部１２８を介して微細構造流体排出器２００における流体に圧力を加える。印刷中に、圧力を、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲内に調節する。
【0034】
印字ヘッド位置決めシステム１０８は、印刷中に、端面１７０と印刷可能面１１２との間の縦方向距離を０μｍから５μｍの範囲内に制御する。図１０の写真は、出力部１６６が基板１１０の印刷可能面１１２と接触している実装形態を示す。テーパー部１３０の小さい直径のために柔軟であるテーパー部１３０を、微細構造流体排出器２００（及び印字ヘッド１０４）の横方向変位の方向に沿って傾斜させる又は曲げる。微細構造流体排出器２００の横方向変位の方向を、矢印２２８（図１０で右の方へ）によって示す。例えば、印刷可能面の凹凸のために、出力部１６６が印刷可能面と接触しなくなった場合、テーパー部１３０の傾斜又は曲げは減少する。この実装形態において、装置は、印刷可能面１１２との出力部１６６の接触の結果としてテーパー部１３０の傾斜又は曲げを検出する撮像システム１１４（図１）を含む。印字ヘッド位置決めシステム１０８は、撮像システム１１４によって検出されたテーパー部１３０の傾斜又は曲げに応じて縦方向変位を調整し、これによって、印刷中に、印刷可能面１１２と接触して出力部１６６を維持する。印字ヘッド位置決めシステム１０８は、印字ヘッド１０４及び撮像システム１１４を一緒に変位させる。
【0035】
流体印刷装置１００において、印字ヘッド１０４は、出口オリフィスを介して流体の連続的な流れで排出することができる。流体の流れは連続的であるので、流体の線を、印刷可能面１１２に形成することができる。その後、流体の線を、乾燥及び／又は焼結することができる。印字ヘッド位置決めシステム１０８は、印刷中に、０．０１ｍｍ／ｓｅｃから１０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲にある速度で基板に対して印字ヘッド１０４を横方向に変位させることができることが分かっている。印刷可能面１１２に形成される線の線幅は、出口オリフィス１６８のサイズ、即ち、出力内径に部分的に左右される。印字ヘッド位置決めシステム１０８が、印刷中に、０．０１ｍｍ／ｓｅｃから１０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲にある速度で基板に対して印字ヘッド１０４を横方向に変位させる場合、線幅は、１．０倍分～２０．０倍分の範囲だけ出力内径よりも大きいことが分かっている。
【0036】
印刷中に、圧力を、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲内に調節し、端面１７０と印刷可能面１１２との間の縦方向距離を、０μｍから５μｍの範囲内に維持する。適切な圧力範囲は、流体の粘度に部分的に左右される。１センチポイズから２０００センチポイズの範囲で、流体を印刷することができる。より低い粘度の場合、１センチポイズから１０センチポイズの範囲で、印刷中に、圧力を、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から０パスカル（Ｐａ）の範囲内に調節する。これらのより低い粘度の場合、出口オリフィス１６８からの過剰な流体流れを防止するために、負圧を必要とする。１００センチポイズから２００センチポイズの範囲にある粘度を有する流体の場合、印刷中に、圧力を、２０，０００パスカル（Ｐａ）から８０，０００パスカル（Ｐａ）の範囲内に調節する。メニスカスは、出口オリフィス１６８から突出し、印刷可能面１１２と接触すると仮定し、流体と印刷可能面１１２との間の接触によってぬれ張力がある。印刷可能面１１２への流体の流れを停止するために、印字ヘッド位置決めシステム１０８は、端面１７０と印刷可能面１１２との間の縦方向距離を１０μｍ以上に増加する。印刷可能面への印刷の端部における圧力の減少は、微細構造流体排出器における流体の詰まりを引き起こすことがあることが分かっている。従って、縦方向距離を１０μｍ以上に増加することによって、流体は、印刷可能面１１２に印刷される代わりに、出口オリフィス１６８を介して排出され続け、微細構造流体排出器の外壁に蓄積する。印刷可能な流体は、ナノ粒子インク（例えば、二酸化チタンナノ粒子及び銀ナノ粒子を含むインク）を含む。ナノ粒子は、量子ドットナノ粒子（例えば、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、及びＺｎＯ）であることができる。カーボンブラックを含むインクを、印刷することもできる。
【0037】
図１１は、第３の実施形態による例示的な流体印刷装置のブロック図である。流体印刷装置９０は、第１の実施形態に記載のように、基板台１０２、印字ヘッド１０４、空気圧システム１０６、及び印字ヘッド位置決めシステム１０８を含む。基板１１０は、印刷中に、基板台１０２の上の適所に固定され、上方に面し、印字ヘッド１０４の方に面している印刷可能面１１２を有する。印字ヘッド１０４を、基板１１０の上に位置決めする。印字ヘッド１０４は、図１及び図２に関してより詳細に説明されるように、出力部１６６を含む微細構造流体排出器２００を含む。１つの微細構造流体排出器だけを示しているけれども、印字ヘッド１０４は、単一微細構造流体排出器よりも高い生産性のために、同時に流体を印刷する多数の微細構造流体排出器を含むことができる。出力部１６６は、出口オリフィス１６８及び端面１７０（図６）を含む。印字ヘッド位置決めシステム１０８は、印刷中に、出力部１６６の端面１７０と印刷可能面１１２との間の縦方向距離を、所望の範囲内（例えば、０μｍから５μｍの範囲内）に維持する。流体印刷装置９０は、印字ヘッド１０４に連結された流体タンク１１６を含む。流体タンク１１６を介して、空気圧システム１０６を印字ヘッド１０４に連結する。従って、空気圧システム１０６は、流体タンク１１６及び微細構造流体排出器２００における流体の圧力を調節する。
【0038】
流体印刷装置９０は、レーザー変位センサーとして実施可能な縦方向変位センサー１１８を含む。レーザー変位センサーの例は、Panasonic Industrial DevicesからのHL-C2シリーズレーザー変位センサーである。実装形態の詳細を、図１２に示す。印字ヘッド位置決めシステム１０８は、印字ヘッド横方向位置決め器２２２及び印字ヘッド縦方向位置決め器２２４を含む。印字ヘッド１０４を、印字ヘッド横方向位置決め器２２２に装着される印字ヘッド縦方向位置決め器２２４に装着する。印字ヘッド１０４の横方向変位の方向を、矢印２２８（図１２で右の方へ）によって示す。縦方向変位センサー１１８は、印字ヘッド横方向位置決め器２２２に装着され、縦方向変位センサーと印刷可能面１１２上の部位１７２との間の距離１７４を測定する。部位１７２は、基準位置と呼ばれ、距離１７４は、基準縦方向変位と呼ばれる。同時に、微細構造流体排出器２００の出力部１６６を、印刷可能面１１２上の部位１７６の上に位置決めする。縦方向変位センサー１１８は、部位１７２と部位１７６との間の横方向距離２２６である横方向距離Δｘだけ、出力部１６６の前方にある。基準縦方向変位１７４を、メモリ記憶装置（例えば、バッファメモリ）に記憶する。出力部１６６が部位１７２に到達した時に、縦方向位置決め器２２４は、出力部１６６の端面１７０と印刷可能面１１２の部位１７２との間の縦方向距離を所望の範囲内（例えば、０μｍから５μｍの範囲内）に維持するために、基準縦方向変位１７４（メモリ記憶装置から検索されている）に応じて縦方向変位を調整する。この先読み機能の使用によって、印字ヘッド位置決めシステム１０８は、印刷可能面１１２の輪郭が、図１２に示すように凹凸のある場合、端面１７０と印刷可能面１１２との間の距離を所望の範囲内に維持することができる。印刷可能面の凹凸は、裸基板の凹凸であることがあり、又は、基板上の事前付着材料（例えば、導電線又は絶縁層）に起因することがある。
【0039】
本開示による位置較正システムについて、図１１、図１３、図１４、図１５、図１６及び図２３を参照して説明する。図２３は、読者の方に面する印刷可能面１１２を有する基板１１０の略上面図である。基板台に対する横方向座標系（Ｘ及びＹ座標）４００が規定されている。上述の工程ステップで、金属線４０２及び４０４が形成されている。実際には、金属線４０２及び４０４を含む連続的な金属線が望ましかったけれども、金属線４０２の右端部位４１０と金属線４０４の左端部位４１２との間にオープン欠陥４０６がある。この場合、流体印刷装置９０は、この欠陥を補正するオープン欠陥修理装置として構成可能である。流体印刷装置９０を使用して、部位４１０と部位４１２との間に流体（金属又は金属前駆体を含むインク）の線を印刷することができる。次に、流体の線を、乾燥及び／又は焼結して、部位４１０と部位４１２との間に金属線を形成する。部位４１０で印刷を開始するために、部位４１０の座標を知る必要がある。
【0040】
流体印刷装置９０は、出力部１６６の位置を較正するために使用される位置較正システム９２を含むことができる（図１１）。従って、位置較正システム９２は、出力部位置較正システムと呼ばれることもある。位置較正システム９２は、音叉９６、及び音叉９６に連結された測定回路９４を含む（図１１）。図１３は、第１の歯９８及び第２の歯９９を含む例示的な音叉９６の写真である。音叉９６は、出力部１６６が第１の歯９８と接触している場合、約３２．７９ｋＨｚの非摂動共振周波数ｆ０、及び約８．１７ｋＨｚの摂動共振周波数ｆＮを有する。測定回路９４は、非摂動共振周波数ｆ０及び摂動共振周波数ｆＮを含む周波数の範囲にある可変周波数信号を生成し、この信号を音叉９６に伝送する。この信号は、音叉９６が振動するようにする。測定回路９４は、信号に対する音叉９６の周波数応答を測定する。出力部１６６が第１の歯９８と接触している場合、摂動共振周波数ｆＮが検出される。
【0041】
第４の実施形態による位置較正システムの音叉の実装形態の詳細を、図１４に示す。図１４は、第１の歯９８及び第２の歯９９を含む音叉９６の簡易斜視図である。三次元座標系２３０（Ｘ、Ｙ、及びＺ座標）を規定する。座標系２３０は、第１の座標系と呼ばれる。第１の歯９８は、上面２３２（Ｘ－Ｙ平面内）、側面２３４（Ｘ－Ｚ平面内）、及び前面２３６（Ｙ－Ｚ平面内）を含む。出力部１６６が、上面２３２、側面２３４、又は前面２３６と接触すると、摂動共振周波数ｆＮが検出される。上面２３２及び側面２３４は、境界線２５２で交わり、側面２３４及び前面２３６は、境界線２５４で交わり、上面２３２及び前面２３６は、境界線２５６で交わる。上面２３２、側面２３４、及び前面２３６は、頂点２５０で交わる。この場合、頂点２５０は、マーカー点と呼ばれ、上面２３２、側面２３４、及び前面２３６は、総称してマーカー部位と呼ばれる。図１４で分かるように、マーカー点は、マーカー部位に含まれる。マーカー部位及びマーカー点の座標は、第１の座標系（座標系２３０）で既に正確に知られている。例えば、第１の座標系は、基板台の座標系４００（図２３）であることができる。
【0042】
一方、マーカー部位及びマーカー点の座標は、第２の座標系２３１（ｘ、ｙ、及びｚ座標）で近似的に知られている。出力部１６６の座標は、第２の座標系２３１で正確に知られている。例えば、第２の座標系は、印字ヘッド位置決めシステム１０８の座標系であることができる。まず、印字ヘッド位置決めシステム１０８は、出力部１６６が音叉９６の近傍で開始位置２３８にあるように、印字ヘッド１０４を位置決めする。測定回路９４は、可変周波数信号を音叉９６に伝送し、音叉９６の周波数応答を測定しながら、印字ヘッド位置決めシステム１０８は、音叉９６の方へ軌道２４０に沿って出力部１６６を変位させる。出力部１６６が軌道２４０を横切るにつれて、出力部１６６は、マーカー部位と接触せず、その結果、非摂動共振周波数ｆ０だけが検出される。非摂動共振周波数ｆ０が検出される第２の座標系における座標を、判定する。次に、出力部は、開始位置２３８に戻り、新しい開始位置２４２に軌道２４６を横切る。測定回路９４は、可変周波数信号を音叉９６に伝送し、音叉９６の周波数応答を測定しながら、出力部１６６は、開始位置２４２から音叉９６の方へ軌道２４４を横切る。出力部１６６が、側面２３４におけるマーカー部位と接触すると、摂動共振周波数ｆＮが検出される。摂動共振周波数ｆＮが検出される第２の座標系における座標を、判定する。例えば、出力部１６６が側面２３４と接触しなくなった座標、及び出力部１６６が側面２３４と接触した座標を知ることから、境界線２５４の座標を判定することができる。
【0043】
同様に、測定回路９４は、音叉９６の周波数応答を測定し、境界線２５２又は境界線２５６の座標を判定しながら、出力部１６６は、上面２３２（又は前面２３６）と接触する、及び上面２３２（又は前面２３６）と接触しなくなる多数の座標に変位されることができる。これは、マーカー点を含むマーカー部位のマップからマーカー点の座標を推定することができるまで、繰り返される。マーカー点の座標が第２の座標系２３１で知られている場合、印字ヘッド位置決めシステム１０８を較正することができる。印字ヘッド位置決めシステム１０８が較正された後、第１の座標系２３０における既知の位置で印字ヘッド１０４を正確に位置決めすることが可能になる。例えば、オープン欠陥修理装置の例の場合、部位４１０（図２３）で印字ヘッドの出力部１６６を正確に位置決めすることが可能になる。
【0044】
第５の実施形態による位置較正システムの第２の音叉の実装形態を、図１５に示す。図１２を参照して上述された印字ヘッド位置決めシステム１０８を示す。印字ヘッド位置決めシステム１０８を、音叉９６の第１の歯９８の上面２３２の上に位置決めする。座標系２６０は、印字ヘッド位置決めシステム１０８の座標系であり、第１の座標系と呼ばれる。縦方向変位センサー１１８及び縦方向位置決め器２２４を、横方向位置決め器２２２に装着する。しかし、出力部１６６の座標は、第１の座標系で必ずしも正確に知られている必要がない。なぜなら、各微細構造流体排出器２００の長さは異なり、各微細構造流体排出器２００を印字ヘッド１０４における僅かに異なる位置に設置することができ、微細構造流体排出器２００は使用中にすり減るからである。従って、出力部１６６の正確な座標に基づいて印字ヘッド位置決めシステム１０８を較正する必要があることがある。縦方向変位センサー１１８は、縦方向変位センサーから上面２３２上のマーカー部位２６２までの距離１７４を測定する。この測定から、マーカー部位２６２の座標（Ｚ座標）を、第１の座標系２６０で正確に知る。横方向位置決め器２２２は、印字ヘッド１０４を横方向に変位させて、出力部１６６をマーカー部位２６２の真上に持って来る。測定回路９４（図１１）は、可変周波数信号を音叉９６に伝送し、音叉９６の周波数応答を測定しながら、縦方向位置決め器２２４は、印字ヘッド１０４をマーカー部位２６２の方へ縦方向に変位させる。出力部１６６がマーカー部位２６２と接触すると、摂動共振周波数ｆＮが検出される。この測定から、第１の座標系２６０における出力部１６６の座標を判定することができ、印字ヘッド位置決めシステム１０８を較正することができる。
【0045】
印字ヘッド位置決めシステム１０８を較正する方法２７０を、図１６に示す。ステップ２７２で、音叉９６を供給する。音叉９６は、第１の歯９８に位置するマーカー部位を有する第１の歯９８を含む。音叉９６は、出力部１６６がマーカー部位と接触している場合、非摂動共振周波数ｆ０、及び非摂動共振周波数ｆ０と測定可能に異なる摂動共振周波数ｆＮを特徴とする。ステップ２７４で、マーカー部位の座標を、第１の座標系で判定する。図１５の場合、第１の座標系は、印字ヘッド位置決めシステム１０８の座標系であり、縦方向変位センサー１１８を用いて、マーカー部位の座標を判定する。図１４の場合、第１の座標系は、基板台１０２の座標系であり、マーカー部位は、上面２３２、側面２３４、及び前面２３６を含む。第１の座標系におけるこれらの面２３２、２３４、及び２３６の座標は、判定されている。更に、図１４の場合、マーカー点を含むマーカー部位のマップを供給する（ステップ２７６）。ステップ２７８で、印字ヘッド１０４を位置決めして、出力部１６６を音叉９６の近傍に持って来る。図１５の場合、このステップは、印字ヘッド１０４を変位させて、出力部１６６をマーカー部位２６２の真上に持って来ることに対応する。図１４の場合、このステップは、印字ヘッド１０４を変位させて、出力部１６６を開始位置２３８に持って来ることに対応する。ステップ２８０で、測定回路９４を音叉９６に連結する。ステップ２８２で、測定回路９４は、非摂動共振周波数ｆ０及び摂動共振周波数ｆＮを含む周波数の範囲にある可変周波数信号を音叉９６に伝送して、音叉９６が振動するようにする。ステップ２８４で、測定回路９４は、出力部１６６を多数の座標に変位させながら、この信号に対する音叉９６の周波数応答を測定して、摂動共振周波数が検出される出力部１６６の座標を判定する。ステップ２８６で、摂動共振周波数が検出される出力部１６６の座標に応じて、印字ヘッド位置決めシステム１０８を較正する。図１４の場合、マーカー点を含むマーカー部位のマップからマーカー点の座標が判定されるまで、信号を伝送して（ステップ２８２）周波数応答を測定する（ステップ２８４）ステップを繰り返す。
【0046】
図１７は、第６の実施形態による例示的な流体印刷装置のブロック図である。流体印刷装置２９０は、図１１を参照して上述されたように、基板台１０２、空気圧システム１０６、印字ヘッド１０４、印字ヘッド位置決めシステム１０８、流体タンク１１６、縦方向変位センサー１１８、及び位置較正システム９２を含む。更に、流体印刷装置２９０において、構成要素に取り付けられた圧電アクチュエータは、この構成要素が振動するようにし、その結果、構成要素における流体の詰まりが減少する。更に、圧電アクチュエータを変調することができる。例えば、圧電アクチュエータ２９２を流体タンク１１６に取り付けることができ、圧電アクチュエータ２９２を動作させて、流体タンク１１６が振動するようにすることができる。例えば、圧電アクチュエータ２９４を印字ヘッド１０４に取り付けることができ、圧電アクチュエータ２９４を動作させて、微細構造流体排出器２００が振動するようにすることができる。弾性流体導管２９６を、流体タンク１１６と微細構造流体排出器２００の細長い入力部１２８との間に挿入することができ、その結果、弾性流体導管２９６を介して、流体は、流体タンク１１６から細長い入力部１２８に流れる。このような弾性流体導管２９６は、圧電アクチュエータ２９４を動作させる場合、印字ヘッド１０４から流体タンク１１６への振動、又は圧電アクチュエータ２９２を動作させる場合、流体タンク１１６から印字ヘッド１０４への振動の伝達を減らすことができる。
【0047】
図１０を参照して説明されたように、出力部１６６が印刷可能面１１２と接触している場合、微細構造流体排出器２００のテーパー部１３０を、基板に対して印字ヘッド１０４の横方向変位の方向に沿って傾斜させる又は曲げる。この接触モードにおける動作は、出力部１６６の不均一な摩耗を引き起こすことが分かっている。摩耗をより均一にする１つの方法は、第１の方向（例えば、図１０で右の方へ）に経路に沿って印字ヘッド１０４を横切り、次に、第１の方向と反対側の第２の方向（例えば、図１０で左の方へ）に同じ経路に沿って印字ヘッド１０４を横切ることである。例えば、印字ヘッド１０４は、基板１０２の端部部位に到達した後、方向を逆にすることができる。
【0048】
図１８を参照して、別の解決策を例示する。図１８は、第７の実施形態による例示的な印字ヘッド３００を示す。印字ヘッド３００は、出力部上の摩耗をより均一にする改良印字ヘッドである。印字ヘッド３００は、ここに開示の例示的な印刷装置における印字ヘッド１０４を交換することができる。印字ヘッド３００は、印字ヘッド１０４に記載のように、微細構造流体排出器２００を含む。微細構造流体排出器２００を、装着容器３０２に装着する。装着容器３０２に装着される場合、微細構造流体排出器２００は、微細構造流体排出器の縦軸３０６を中心として回転可能である。回転デバイス３０４を、微細構造流体排出器２００に連結する。動作中に、回転デバイス３０４は、微細構造流体排出器の縦軸３０６を中心として微細構造流体排出器２００に制御回転を与える。例えば、装置が流体を印刷しながら、回転デバイス３０４を動作させる。その結果、微細構造流体排出器２００の出力部１６６は、微細構造流体排出器の縦軸３０６を中心として均一に摩耗する。
【0049】
第８の実施形態による例示的な流体印刷装置について、図１９、図２０、図２１及び図２２を参照して説明する。例示的な印字ヘッドモジュール３１０を、図１９に示す。印字ヘッドモジュール３１０は、微細構造流体排出器３２０、３２２、３２４、３２６、３２８のバンク３０８を含む。印刷中に、微細構造流体排出器は、単一微細構造流体排出器よりも高い生産性を実現するために、同時に印刷する。好ましい微細構造流体排出器及び微細構造流体排出器の作製は、図２～図７を参照して説明されている。微細構造流体排出器のバンク３０８を、第１の端部３１６と第１の端部３１６と反対側の第２の端部３１８との間の共通レール３１２に沿って配列する。第１の縦方向変位センサー３４６を、第１の端部３１６の近くに位置決めし、第２の縦方向変位センサー３４８を、第２の端部３１８の近くに位置決めする。図１９において、出力部が下方に向き、端面が印刷可能面１１２の方に面した状態で、微細構造流体排出器が方向付けられた状態で、印字ヘッドモジュール３１０を、基板１１０の上に位置決めする。流体印刷装置で実施される場合、微細構造流体排出器のバンク３０８を、共通レール３１２からつるす。印刷可能面１１２の上の第１の基準位置３４２に対する第１の基準縦方向変位３５２を測定するように、第１の縦方向変位センサー３４６を方向付け、印刷可能面１１２の上の第２の基準位置３４４に対する第２の基準縦方向変位３５４を測定するように、第２の縦方向変位センサー３４８を方向付ける。
【0050】
第１の端部３１６をベース支持体３１４に取り付ける第１の圧電スタック線形アクチュエータ３３６、及び第２の端部３１８をベース支持体３１４に取り付ける第２の圧電スタック線形アクチュエータ３３８を介して、共通レール３１２をベース支持体３１４に取り付ける。流体印刷装置で実施される場合、共通レール３１２を、圧電スタック線形アクチュエータ３３６、３３８を介してベース支持体３１４からつるす。第１の縦方向変位センサー３４６によって測定される第１の基準縦方向変位３５２に応じて第１の端部３１６とベース支持体３１４との間の第１の縦方向間隔３３７を調整するように、第１の圧電スタック線形アクチュエータ３３６を方向付けて構成する。第２の縦方向変位センサー３４８によって測定される第２の基準縦方向変位３５４に応じて第２の端部３１８とベース支持体３１４との間の第２の縦方向間隔３３９を調整するように、第２の圧電スタック線形アクチュエータ３３８を方向付けて構成する。第８の実施形態による例示的な流体印刷装置を、図２１に示す。流体印刷装置３６０は、図１１を参照して説明されたように、基板台１０２、空気圧システム１０６、及び流体タンク１１６を含む。流体印刷装置３６０は、印字ヘッドモジュール３１０を含み、単一印字ヘッドモジュール３１０よりも高い生産性のために、追加の印字ヘッドモジュール３１０Ｂを含むことができる。印字ヘッドモジュール３１０のベース支持体３１４を、ベース支持体３１４の縦方向変位及び横方向変位を制御する印字ヘッドモジュール位置決めシステム３６８に装着する。
【0051】
図１９に例示の状況において、基板１１０の印刷可能面１１２は、凹凸がある。先読み機能について、図１２を参照して説明する。同様な先読み機能を、図２１の流体印刷装置で実施することができる。図２０は、印字ヘッドモジュール３１０の構成要素の一部の略上面図である。印刷中に、印字ヘッドモジュール３１０のベース支持体３１４を、第１の端部３１６から第２の端部３１８へのベクトル３５２に対して略垂直である、横方向変位３５０の方向に沿って基板に対して横方向に変位させる。この構成によれば、微細構造流体排出器３２０、３２２、３２４、３２６、３２８は、同時に流体を印刷し、その結果、単一微細構造流体排出器よりも高い生産性が得られる。第１の端部３１６から延在する、又は第１の端部３１６に取り付けられる第１の共通レール延長部３５６に、第１の縦方向変位センサー３４６を装着する。同様に、第２の端部３１８から延在する、又は第２の端部３１８に取り付けられる第２の共通レール延長部３５８に、第２の縦方向変位センサー３４８を装着する。この構成によれば、第１の縦方向変位センサー３４６及び第２の縦方向変位センサー３４８を、横方向変位３５０の方向に沿って微細構造流体排出器のバンク３０８の前方に位置決めする。
【0052】
図２２は、第８の実施形態の装置３６０を動作させる（図２１）印刷方法３７０のフロー図である。ステップ３７２で、基板１１０を、基板台１０２の上の固定位置に位置決めする。ステップ３７４で、図１９を参照して説明されるような印字ヘッドモジュール３１０を供給する。ステップ３７６で、印字ヘッドモジュール３１０を、基板１１０（図１９及び図２１）の上に位置決めする。ステップ３７８で、それぞれの出口オリフィスが下方に向き、それぞれの端面が基板１１０の印刷可能面１１２の方に面した状態で、微細構造流体排出器を方向付ける。ステップ３８０で、空気圧システム１０６を印字ヘッドモジュール３１０に連結する。ステップ３８２で、印字ヘッドモジュール位置決めシステム３６８を供給する。印字ヘッド位置決めシステム３６８は、基板に対して印字ヘッドモジュール３１０のベース支持体３１４の縦方向変位及び印字ヘッドモジュール３１０のベース支持体３１４の横方向変位を制御する。ステップ３８４で、印刷中に、印字ヘッドモジュール位置決めシステム３６８を動作させて、基板に対して印字ヘッドモジュール３１０のベース支持体３１４を横方向に変位させる。ステップ３８６で、空気圧システムを動作させて、それぞれの細長い入力部を介して微細構造流体排出器３２０、３２２、３２４、３２６、３２８における流体に圧力を加える。印刷中に、圧力を、－５０，０００パスカル（Ｐａ）から１，０００，０００パスカル（Ｐａ）の範囲内に調節する。第１の縦方向変位センサー及び第１の圧電スタック線形アクチュエータに関するステップ（ステップ３８８、３９０）、及び第２の縦方向変位センサー及び第２の圧電スタック線形アクチュエータに関するステップ（ステップ３９２、３９４）を、同時に実行することができる。ステップ３８８で、第１の縦方向変位センサー３４６を動作させて、印刷可能面１１２の上の第１の基準位置３４２に対する第１の基準縦方向変位３５２を測定する。ステップ３９０で、第１の圧電スタック線形アクチュエータ３３６を動作させて、第１の基準縦方向変位３５２に応じて第１の端部３１６とベース支持体３１４との間の第１の縦方向間隔３３７を調整する。同様に、ステップ３９２で、第２の縦方向変位センサー３４８を動作させて、印刷可能面１１２の上の第２の基準位置３４４に対する第２の基準縦方向変位３５４を測定する。ステップ３９４で、第２の圧電スタック線形アクチュエータ３３８を動作させて、第２の基準縦方向変位３５４に応じて第２の端部３１８とベース支持体３１４との間の第２の縦方向間隔３３９を調整する。これらの調整を行って、微細構造流体排出器３２０、３２２、３２４、３２６、３２８の一部又は全部に対して、端面と印刷可能面との間の縦方向距離を所望の範囲内（例えば、０μｍから５μｍの範囲内）に維持する。印刷中に、印刷可能面１１２の上で基板に対して印字ヘッドモジュール３１０を横方向に変位させる時に、ステップ３８８、３９０、３９２及び３９４を繰り返す。
【0053】
特に指示がない限り、明細書及び特許請求の範囲で使用される構成要素、分子量などの量を表す全ての数は、全ての場合に用語「約（about）」によって変更されると理解されるべきである。従って、特に指示がない限り、明細書及び特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、得られる所望の特性によって変わることがある近似である。少なくとも、均等論を特許請求の範囲に限定しようとする試みとしてではなく、各数値パラメータは、報告有効桁の数を踏まえて、通常の丸め技法を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。
【0054】
特許請求の範囲の主題の広い範囲を示す数値範囲及びパラメータが近似であるにもかかわらず、特定の例に記載の数値は、出来るだけ正確に報告される。しかし、全ての数値は、数値の各試験測定値に見られる標準偏差によって必然的に生じる範囲を本質的に含む。
【0055】
全ての見出しは、読者の便宜のためにあり、特に指示がない限り、見出しに続く本文の意味を限定するために使用されるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【国際調査報告】