JP2005034706A

JP2005034706A - 塗布装置、及び、塗布液の充填方法

Info

Publication number: JP2005034706A
Application number: JP2003198196A
Authority: JP
Inventors: Toyohiko Tanaka; 豊彦田中
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】ダイヘッド内部にまんべんなく塗布液を充填すること。
【解決手段】コントローラ３３はダイヘッド１１を降下させ、吐出口１０を液面に浸漬する。バルブ４３を開けて吸引ポンプ３５により塗布液を吸引する作業、バルブ４１を開けて供給ポンプ３９により塗布液を供給する作業を切り替えながら行い、ダイヘッド１１に塗布液を充填する。液面センサ２５は液面の高さｈを測定し、コントローラ３３に通知する。コントローラ３３は、その液面高さｈが所定の液面高さＨ_０より低い場合はタンク２７を上昇させて液溜２１に供給管２３から塗布液を供給する。液面高さｈが所定の液面高さＨ_０より高い場合は、タンク２７を下降させて液溜２１の液面を下げる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，塗布液吐出用ダイヘッドを用いて，基板などの被塗布基材に塗布液を塗布する塗布装置、及び塗布液の充填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造工程において，矩形のガラス基板（以下，「基板」という。）の表面上にブラックマトリクスやＲ，Ｇ，Ｂ（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）の着色パターンなどを形成する際に，基板上に所定の塗布液を塗布して塗布膜を形成する塗布処理が行われている。
【０００３】
上述の塗布処理は，通常塗布装置において行われ，塗布装置は，基板を載置する載置台と，載置台上の基板に塗布液を吐出する塗布液吐出用ダイヘッドを備えている。塗布液吐出用ダイヘッドは，本体が基板の一辺程度の細長形状を有し，その下面にスリット状の吐出口を備えている。そして，塗布処理時には，塗布液吐出用ダイヘッドを，基板の一端部から他端部まで基板の表面上を水平に移動させ，この際，吐出口から長手方向に沿った塗布液をカーテン状に吐出することによって，基板の表面に塗布液を塗布し，基板上に塗布膜を形成していた。（例えば，特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１５３７９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，最近では液晶ディスプレイの大型化に伴い、大型のカラーフィルタが必要となっている。例えば、１７インチの液晶ディスプレイは、１メートル角のガラス基板を複数枚面付けして製造されている。今後、３０インチ、４０インチと行った大型の液晶ディスプレイには、２メートル程度の基板が必要となる。しかしながら、このような１メートルから２メートルといった大型のカラーフィルタを製造する場合においても、上述したようなブラックマトリクスや着色パターンを基板上に形成するためには，基板上に５〜２０μｍ程度の極めて薄い塗布膜をかすれることなく、均一に形成する必要がある。
【０００６】
しかしながら，塗布液吐出用ダイヘッド内に空気等が入っていたり、十分に塗布液が満たされていないと、塗布処理中に塗布液がかすれたり、均一に薄く塗布できないといった問題があった。
【０００７】
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，ダイヘッド内部に塗布液をまんべんなく充填できる塗布装置、及び塗布液の充填方法を提供することをその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明は，基板上に塗布液を塗布する塗布装置であって、塗布液を吐出するダイヘッドと、前記塗布液を貯留する液溜と、前記液溜に前記塗布液を供給する液溜塗布液供給手段と、前記ダイヘッドに前記塗布液を供給する供給手段と、前記ダイヘッドから前記塗布液を吸引する吸引手段と、を具備し、前記液溜に前記ダイヘッドの吐出口を浸漬させ、前記供給手段と、前記吸引手段とを動作させ、前記ダイヘッド内に塗布液を充填させることを特徴とする塗布装置である。
【０００９】
ここで、液溜塗布液供給手段は、前記液溜に連結されたタンクを具備し、タンクを昇降することで液溜に塗布液を供給するものである。また、液溜塗布液供給手段は、液溜の液面の高さを検知する液面センサにより液溜の液面の高さを検知し、その高さに基づいて液溜に塗布液を供給する。
【００１０】
例えば、液面の高さの測定値が所定の高さより低い場合は、タンクを上昇させ、液溜の液面を上昇させる。逆に、液面の高さの測定値が所定の高さより高い場合は、タンクを下降させ、液溜の液面を下降させる。
【００１１】
また、本発明では、前記供給手段は塗布液の圧力を検知する第１の圧力センサを具備し、前記吸引手段は塗布液の圧力を検知する第２の圧力センサを具備し、第１の圧力センサによって測定された第１の圧力値と第２の圧力センサによって測定された第２の圧力値に基づいて、ダイヘッドに塗布液が充填されたか否かを判定する。
【００１２】
また、第２の発明は、塗布液を吐出するダイヘッドに塗布液を充填する充填方法であって、塗布液が貯留された液溜に前記ダイヘッドの吐出口を浸漬させ、前記ダイヘッドに塗布液を供給し、前記ダイヘッドにより前記液溜の塗布液を吸引し、前記ダイヘッド内に塗布液を充填させることを特徴とする塗布液の充填方法である。
【００１３】
このように、本発明によれば、塗布液吐出用ダイヘッド内部に塗布液をまんべんなく充填することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態にかかる塗布装置１の概略構成を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、塗布装置１は塗布装置本体３、液溜２１、パイプ２３、液面センサ２５、液面測定用パイプ２６、タンク２７、昇降装置２９、供給ポンプ３１、コントローラ３３、吸引ポンプ３５、バルブ４１、バルブ４３、及び、以上の各部を結ぶパイプやコントローラ３３から各部に接続される制御線等から構成される。
【００１６】
まず、塗布装置本体３について説明する。
図２は、図１に示す塗布装置１の平面図である。図３は、図２に示すＹ−Ｙ’による塗布装置本体３と液溜２１の概略断面図である。図１から図３に示されるように、塗布装置本体３は、載置台５、ダイヘッド１１、アーム１３、アーム支持部１５−１、１５−２、レール１７−１、１７−２、ディスペンスローラ１９−１、１９−２等から構成される。
【００１７】
載置台５は，例えば基板Ｇと同じかそれよりも大きい方形の盤である。載置台５の上面は，平坦化処理が施されており，載置台５には，基板Ｇを水平かつ平坦に載置できる。載置台５は上下方向に昇降可能であり、昇降することにより、例えば図示しない搬送機構から受け取った基板Ｇを載置台５に載置したり，載置された基板Ｇを塗布処理に適当な位置（高さ）にあわせたりすることが可能である。
【００１８】
ダイヘッド１１は、基板Ｇに塗布液を塗布するための塗布液吐出部材である。その塗布液はダイヘッド１１の吐出口１０から吐出される。ダイヘッド１１は，例えば図２に示すように長軸方向の長さが基板Ｇの横幅よりも長い細長形状を有している。
【００１９】
アーム１３はダイヘッド１１が取り付けられ、ダイヘッド１１を支持する部材である。アーム支持部１５−１、１５−２は、アーム１３の端部を支持する部材であり、レール１７−１、１７−２に対して空気を噴出することによって、レール１７−１、１７−２上を動くことが可能であり、アーム１３即ちダイヘッド１１はＡ方向、Ｂ方向に移動可能である。
尚、アーム支持部１５−１、１５−２に車輪を設け、レール１７−１、１７−２上を走行させるようにしてもよい。
【００２０】
ディスペンスロール１９−１、１９−２は載置台５を挟んだ両側にそれぞれ配置されている。ディスペンスロール１９−１、１９−２は、例えば基板Ｇの横幅よりも長い円柱状に形成されており、図示しない回転駆動部により回転する。
【００２１】
ディスペンスロール１９−１、１９−２は，例えば最上部の高さが載置台５上に載置される基板Ｇと同じ高さになるように配置されている。ディスペンスロール１９−１，１９−２の最上部の位置にダイヘッド１１の吐出口１０を位置させて，ディスペンスロール１９−１、１９−２を回転させながら吐出口１０から塗布液を吐出することによって，塗布液の吐出状態を安定させたり，調整することができる。カバー５１−１、５１−２は塗布液がディスペンスロール１９−１、１９−２から下に垂れるのを防ぐ。
【００２２】
ダイヘッド１１は、一枚の基板Ｇの塗布を終了すると、ディスペンスロール１９−１又はディスペンスロール１９−２の位置まで退避し、この基板Ｇが次工程に搬送され、新たな基板が載置台５上に載置されるのを待つ。
【００２３】
液溜２１は、長軸方向の長さがダイヘッド１１よりも長く、三角形状の断面を有する細長状の容器であり、内部に塗布液を貯留する。
次に、塗布装置１の全体の構成を説明する。
タンク２７には塗布液２８が満たされており、タンク２７から供給管２３を介して液溜２１に塗布液が供給される。タンク２７は昇降装置２９によって上下に移動される。
【００２４】
液溜２１は液溜支持部７３−１、７３−２によって支持される。タンク２７、液溜２１は、その内部の液面が基準面Ｓに対して平行になるように設置されるものとする。ここで、基準面Ｓは水平面である。
【００２５】
供給管２３には、液溜２１の高さ以上の長さを有する液面測定用パイプ２６が基準面Ｓに対して垂直に設けられる。液面測定用パイプ２６には、液面センサ２５が設けられる。液面センサ２５は、液面測定用パイプ２６の塗布液の液面の高さｈ（基準面Ｓを基準とする）を測定し、そのデータをコントローラ３３に送信する。
【００２６】
ここで、液溜２１、液面測定用パイプ２６、タンク２７は供給管２３で接続されており、それらの液面には同様の圧力がかかるため、液面の高さは同じである。即ち、液面測定用パイプ２６で測定された塗布液の液面の高さｈは、液溜２１内部の塗布液の高さであり、またタンク２７内部の塗布液の高さである。
【００２７】
タンク２７に供給管４５の端部が挿入され、供給管４５は供給ポンプ３１に接続される。供給ポンプ３１は、供給管３９、４５を介して、タンク２７の塗布液をダイヘッド１１に供給する。供給管３９にはバルブ４１が設けられる。バルブ４１には圧力センサ４２が設けられ、圧力センサ４２によって測定された塗布液の圧力はコントローラ３３に送られる。
【００２８】
また、ダイヘッド１１は供給管３８を介して吸引ポンプ３５につながる。供給管３８にはバルブ４３が設けられる。バルブ４３には圧力センサ４４が設けられ、圧力センサ４４によって測定された塗布液の圧力はコントローラ３３に送られる。
【００２９】
コントローラ３３は、昇降装置２９、供給ポンプ３１、吸引ポンプ３５、バルブ４１、バルブ４３等の制御を行う。
即ち、コントローラ３３は、圧力センサ４２の圧力測定値を基にバルブ４１を開閉し、供給ポンプ３１を操作するなどして、ダイヘッド１１への塗布液の供給を調整する。また、コントローラ３３は圧力センサ４４の圧力測定値を基にバルブ４３を開閉し、吸引ポンプ３５を操作するなどして、ダイヘッド１１への塗布液の供給を調整する。
【００３０】
更に、コントローラ３３は液面センサ２５により測定された液面の高さｈに基づいて、昇降装置２９を動作させて、塗布液２８が貯留されるタンク２７を昇降させ、タンク２７に連結された液溜２１の液面を調整する。
【００３１】
次に、ダイヘッド１１による塗布液の塗布処理の概略を説明する。
先ず、ダイヘッド１１は図２に示す位置Ｐ１、即ち液溜２１上に位置する。ここで、ダイヘッド１１の内部に塗布液を充填させる。この塗布液の充填方法については後に詳細に説明する。
尚、図２における位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５はダイヘッド１１の中央の位置を示す。
【００３２】
次に、ダイヘッド１１はＡ方向に移動し、位置Ｐ２、即ちディスペンスロール１９−１上に移動する。ここで、ダイヘッド１１の高さが、ディスペンスロール１９−１の最上部に対し塗布液を塗布できる程度に調節される。続いてディスペンスロール１９−１が回転され，その回転されたディスペンスロール１９−１にダイヘッド１１から塗布液が吐出される。所定時間塗布液の吐出が行われ，吐出状態が所望の状態に調整され安定した後に，塗布液の吐出が一旦停止される。
【００３３】
次に、載置台５上に基板Ｇが載置され、載置台５の下部に設けられた吸引機構（図示せず）によって吸引させることで基板Ｇが一時的に固定されると、ダイヘッド１１はＡ方向に移動し、位置Ｐ３、即ち基板Ｇの端部上に移動する。
【００３４】
そして，ダイヘッド１１から再び塗布液が吐出され，ダイヘッド１１が，塗布液を吐出しながらＡ方向に移動する。ダイヘッド１１の高さは、塗布膜７の厚さにあわせて塗布液が塗布されるように調節されているため、ダイヘッド１１が塗布液を吐出しながら移動することによって、基板Ｇ上には塗布膜７が生成される。
【００３５】
その後、ダイヘッド１１が基板Ｇ上の他の端部、位置Ｐ４まで移動すると、塗布液の吐出が停止され、ダイヘッド１１は，位置Ｐ５、即ちディスペンスロール１９−２上まで移動してそこで待機する。基板Ｇの表面の全面に塗布液が塗布され塗布膜７が形成された基板Ｇは，載置台５の吸引機構による吸引が解除され、搬送機構に受け渡されて載置台５から搬出される。こうして，１枚の基板Ｇの塗布処理が終了する。
【００３６】
引き続き，塗布装置１では，ディスペンスロール１９−２上においてダイヘッド１１から塗布液が吐出され，ダイヘッド１１の吐出状態が調整，安定される。そして，次の基板Ｇが載置台５に載置されると、ダイヘッド１１が位置Ｐ４、即ち次の基板Ｇの端部上まで移動し、ダイヘッド１１は塗布液を吐出しながらＢ方向に移動し、基板Ｇの他の端部、位置Ｐ３まできたら停止する。
【００３７】
その後、ダイヘッド１１は塗布液の吐出を停止し、位置Ｐ２のディスペンスロール１９−１上に移動し、ディスペンスロール１９−１上に塗布液を吐出して次の基板が載置台５上に準備されるのを待つ。
【００３８】
このように、最初に液溜２１にてダイヘッド１１に塗布液を充填した後、ダイヘッド１１がディスペンスロール１９−１、１９−２間を上記のように移動することで塗布処理が繰り返される。
【００３９】
ダイヘッド１１によりＧ上に塗布液を塗布する際には、タンク２７の塗布液が供給ポンプ３１によりダイヘッド１１に送られ、ダイヘッド１１から基板Ｇ上に塗布液が塗布される。この際、供給ポンプ３１はコントローラ３３に制御され、所定の塗布液をダイヘッド１１に供給する。
【００４０】
次に、ダイヘッド１１に対して塗布液を充填する手順について説明する。ここで、ダイヘッド１１に塗布液を充填する必要のある場合として、異なる製品を製造するために、製品の切り替え又はダイヘッド１１を交換したり、修理作業等によりダイヘッド１１を新たに設置した場合、塗布液を交換した場合などが考えられる。このような場合、基板Ｇに塗布液を均一に安定させて塗布するためには、ダイヘッド１１にまんべんなく塗布液を満たし、ダイヘッド１１内の空気等を取り除くことが必要であり、作業効率を上げるためにはその充填作業を迅速に行えることが望ましい。
【００４１】
図４はダイヘッド１１への塗布液の充填の手順を示すフローチャートである。図４に示すフローにしたがって塗布液充填の手順を説明する。
ダイヘッド１１は液充填位置、即ち液溜２１の上方に移動される（ステップ１０１）。
【００４２】
コントローラ３３は昇降装置２９を動作させ、タンク２７を上昇させて液溜２１の液面を上昇させ（ステップ１０２）、液面センサ２５により液面を感知し、液面が最適な液面高さＨ_０になったらコントローラ３３は昇降装置２９を停止させる（ステップ１０３）。前述のように、タンク２７の液面と液面測定用パイプ２６の液面と液溜２１の液面とは同じ高さになる。
【００４３】
コントローラ３３はダイヘッド１１を降下させ、吐出口１０を液面に浸漬する（ステップ１０４）。図５は塗布液にダイヘッド１１の先端の吐出口１０が浸漬する様子を示す図である。液溜２１の断面はこの場合三角形状である。
【００４４】
次に、コントローラ３３は、バルブ４３を開けて吸引ポンプ３５により塗布液を吸引する作業、バルブ４１を開けて供給ポンプ３９により塗布液を供給する作業を切り替えながら行い、ダイヘッド１１に塗布液を充填する（ステップ１０５）。
【００４５】
図６は、図２に示すＸ−Ｘ’による概略断面図であり、ダイヘッド１１に塗布液が充填される様子を示す説明図である。図６に示すように、ダイヘッド１１の内部には塗布液が流れ、吐出口１０まで達する複数の通路５３が設けられる。
【００４６】
通路５３には、バルブ４３を開けて吸引ポンプ３５により液溜２１の塗布液が吸引されたり、バルブ４１を開けて供給管３９から塗布液が供給されたりして、塗布液が充填される。
尚、図６のダイヘッド１１及び液溜２１のハッチングは塗布液を示す。
【００４７】
この塗布液充填作業の際、所定の時間ごとに液面センサ２５は液面の高さｈを測定し（ステップ１０６）、コントローラ３３に通知する。コントローラ３３は、その液面高さｈが所定の液面高さＨ_０より低い場合はタンク２７を上昇させて（ステップ１０７）液溜２１に供給管２３から塗布液を供給する。
【００４８】
液面高さｈが所定の液面高さＨ_０と等しい場合はタンク２７の高さはそのままである（ステップ１０８）。液面高さｈが所定の液面高さＨ_０より高い場合は、コントローラ３３は、タンク２７を下降させて（ステップ１０９）、液溜２１の液面を下げる。
【００４９】
次に、コントローラ３３は圧力センサ４２と圧力センサ４４の圧力値をチェックして（ステップ１１０）、塗布液がダイヘッド１１内部（通路５３）に充填されたかどうかを判定し（ステップ１１１）、充填されていれば処理を終了する。ステップ１１１において充填されていないと判断されたら、更にステップ１０５に戻り、処理を繰り返す。
【００５０】
ステップ１１１において塗布液が充填されたかどうかの判定は、供給側の圧力値とその応答を基に行われる。図８は供給ポンプ３１の供給動作の時間変化を示す図である。図９は、圧力センサ４４における圧力測定値の時間変化を示す図である。
【００５１】
図８に示すように、いま、供給ポンプ３１は時間ｔ１で供給を開始したとする。ダイヘッド１１内に空気が存在する場合、圧力センサ４４で測定する塗布液の圧力測定値には、応答遅れが発生し、図９に示す「（空気あり）」の場合の応答となる。即ちこの場合はダイヘッド１１内に塗布液が充填されていないと判断する。
【００５２】
しかし、空気が存在しない場合、即ち塗布液がダイヘッド１１内に充填されている場合、圧力センサ４４で測定する塗布液の圧力測定値は図９に示すような「（空気なし）」の場合の応答となる。
こうして、供給側の圧力と、圧力センサ４４の圧力測定値の応答を基にダイヘッド１１内に充填されたかどうかを判定する。
【００５３】
このように本実施の形態である塗布装置１によってダイヘッド１１には塗布液が十分満たされ、その結果ダイヘッド１１を用いた塗布処理により、均一な塗布膜が基板上に形成される。
【００５４】
図７は別の液溜の形状例を示す図である。塗布装置１において液溜２１は断面が三角形状であったが、図７に示す液溜８１のように断面が半円形状であっても同様の効果が得られる。
また、本実施の形態では、タンク２７を昇降させて液溜２１の液面の調整を行ったが、液溜２１に塗布液を供給するシリンジポンプを設け、そのポンプをオン／オフすることによって液溜２１の液面の高さを調整することも可能である。
【００５５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、前述した実施の形態を改変したものも本発明の技術的な範囲に含まれる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、塗布装置のダイヘッド内部にまんべんなく塗布液を充填することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】塗布装置１の構成の概略を示す図
【図２】塗布装置本体３と液溜２１の位置を示す図
【図３】塗布装置本体３と液溜２１の断面図
【図４】ダイヘッド１１への塗布液の充填方法を示すフローチャート
【図５】液溜２１に浸漬したダイヘッド１１を示す図
【図６】ダイヘッド１１内部における塗布液充填の様子を示す図
【図７】液溜８１に浸漬したダイヘッド１１を示す図
【図８】供給ポンプ３１の供給動作の時間変化を示す図
【図９】圧力センサ４４の圧力値の時間変化を示す図
【符号の説明】
１塗布装置
３塗布装置本体
５載置台
１１ダイヘッド
２１液溜

Claims

基板上に塗布液を塗布する塗布装置であって、
塗布液を吐出するダイヘッドと、
前記塗布液を貯留する液溜と、
前記液溜に前記塗布液を供給する液溜塗布液供給手段と、
前記ダイヘッドに前記塗布液を供給する供給手段と、
前記ダイヘッドから前記塗布液を吸引する吸引手段と、
を具備し、
前記液溜に前記ダイヘッドの吐出口を浸漬させ、前記供給手段と、前記吸引手段とを動作させ、前記ダイヘッド内に塗布液を充填させることを特徴とする塗布装置。
前記液溜塗布液供給手段は、前記液溜に連結されたタンクを具備し、前記タンクを昇降することで前記液溜に塗布液を供給することを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
前記液溜の液面を検知する液面センサを更に具備し、
前記液溜塗布液供給手段は、前記液面センサにより液面の高さを検知し、その高さに基づいて前記液溜に塗布液を供給することを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
前記供給手段は塗布液の圧力を検知する第１の圧力センサを具備し、前記吸引手段は塗布液の圧力を検知する第２の圧力センサを具備し、
前記第１の圧力センサによって測定された第１の圧力値と前記第２の圧力センサによって測定された第２の圧力値に基づいて、前記ダイヘッドに塗布液が充填されたか否かを判定する判定手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
塗布液を吐出するダイヘッドに塗布液を充填する充填方法であって、
塗布液が貯留された液溜に前記ダイヘッドの吐出口を浸漬させ、前記ダイヘッドに塗布液を供給し、前記ダイヘッドにより前記液溜の塗布液を吸引し、前記ダイヘッド内に塗布液を充填させることを特徴とする塗布液の充填方法。
前記ダイヘッドに供給される塗布液の第１の圧力値と、前記ダイヘッドにより吸引される前記塗布液の第２の圧力値を測定し、前記第１の圧力値と前記第２の圧力値に基づいて、前記ダイヘッドに塗布液が充填されたか否かを判定することを特徴とする請求項５記載の塗布液の充填方法。