JP2005296854A - 膜形成装置及び膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 対象物の表面形状や表面材質等に起因して発生する乾燥ムラ、塗布ムラが防止され、均一な薄膜を形成することができる膜形成装置、及び、それを用いた膜形成方法を提供する。
【解決手段】 複数ノズルを有するインクジェットヘッド１１、膜形成材料を塗布する薄板状対象物１３を吸着保持することができるステージ１２、各インクジェットノズルの間欠吐出を制御することができる制御部、及び、膜形成材料を貯蔵しておくタンク部等からなる基本構成を有する膜形成装置であって、上記膜形成装置は、インクジェットヘッド１１及び／又はステージ１２が移動可能で、かつステージ１２が±１８０°の旋回が可能で、ステージ１２に吸着保持された薄板状対象物１３の投入方向を任意に変更させることができる膜形成装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、膜形成装置及び膜形成方法に関する。より詳しくは、液晶表示装置に用いられる基板上に配向膜を形成させるのに好適に用いることができるインクジェット方式の膜形成装置、及び、それを用いた膜形成方法に関するものである。

膜形成装置は、液晶表示装置に用いられる基板等の対象物上に膜を形成させるための装置であり、例えば、インクジェット方式により対象物上に液状の膜形成材料を付着させる膜形成装置が知られている（例えば、特許文献１〜４参照。）。このようなインクジェット方式により液状の膜形成材料を塗布する場合、インクジェットノズルより吐出された膜形成材料は、対象物上に着弾した後、液滴（ドット）が広がりながら乾燥していくこととなるが、インクジェット方式では、通常揮発性の高い膜形成材料が使用されるため、微妙な塗布タイミングの間隔により、ドット間の界面でムラが生じ易く、この点において工夫の余地があった。
例えば、従来のインクジェット方式による膜形成装置においては、通常ノズル間隔（ピッチ）が数百μｍ離れているため、ノズルピッチの１／２、１／３又は１／４と塗布位置をずらしながら、移動吐出（走査）を繰り返してドットを繋げており、これに起因して走査方向に筋状の乾燥ムラが生じ易く、例えば、液晶表示装置を構成する基板上に配向膜を形成した場合においては、それが液晶表示装置における表示ムラとして認識されていた。
また、従来のインクジェット方式においては、インクジェットノズルより吐出された膜形成材料は、板状対象物上に着弾した後、フラットな板状対象物上であれば、規則正しく円形状に広がり、ドットが繋がりながら整列していくが、例えば、アレイ基板（ＴＦＴ等のアクティブ素子が形成された基板）、カラーフィルタ基板等の配線やパターンによる段差のある基板では、着弾位置によりドットの広がり形状が不規則となるため、ドットが繋がらないことがあり、繋がってもムラが生じやすかった。
特開平８−２５０３８６号公報（第３、６頁、第１図） 特開２００１−４２３３０号公報（第１頁） 特開２００３−８０１３０号公報（第２−４頁、第１図） 特開２００１−１７４８１９号公報（第６、９、１０頁、第５、６図）

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、対象物の表面形状や表面材質等に起因して発生する乾燥ムラ、塗布ムラが防止され、均一な薄膜を形成することができる膜形成装置、及び、それを用いた膜形成方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、インクジェット方式を用いた膜形成装置及び膜形成方法について種々検討するうち、ステージとインクジェットノズルとの配置関係が限定されているために、対象物に対するインクジェットノズルの走査方向が限定されていることに着目した。そして、走査方向を任意に変更可能にすることで、対象物の表面形状や表面材質等に応じて個別に走査方向を調整することができ、均一な薄膜を形成することが可能となることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち本発明は、複数ノズルを有するインクジェットヘッドと、膜形成材料を塗布する対象物を載置するステージとを備えた膜形成装置であって、上記膜形成装置は、インクジェットヘッド及び／又はステージが移動し、かつステージが３６０°旋回する機構を有する膜形成装置である。
以下に本発明を詳述する。

本発明の膜形成装置は、複数ノズルを有するインクジェットヘッドと、膜形成材料を塗布する対象物を載置するステージとを備えたものである。インクジェットヘッドとしては、複数のノズルから膜形成材料を吐出させることができるものであれば特に限定されず、ピエゾ方式、サーマルインクジェット方式等の吐出方式により膜形成材料を吐出させるものが挙げられる。なお、ピエゾ方式は、電圧を印加すると変形するピエゾ素子を用いて材料を押し出させる方式であり、サーマルインクジェット方式は、発熱体により気泡を発生させて圧力を加え、材料を吐出させる方式である。ステージとしては、膜形成材料を塗布する対象物を載置することができるものであれば特に限定されないが、上面（対象物の載置面）が平坦であることが好ましい。

上記膜形成装置は、インクジェットヘッド及び／又はステージが移動し、かつステージが３６０°旋回する機構を有する。なお、本発明において、３６０°旋回可能であるとは、一方の回転方向に向けて３６０°旋回可能な形態であってもよく、一方の回転方向に向けてＸ°旋回可能であり、かつ他方の回転方向に向けて（３６０−Ｘ）°旋回可能な形態であってもよい。このような膜形成装置においては、インクジェットヘッド及び／又はステージが移動するように構成されていることにより、インクジェットヘッドとステージとの位置関係を変化させながら、インクジェット方式による膜形成材料の塗布を並行して行い、ステージ上に載置された対象物の全面又は所望の位置に膜を形成させることができる。また、ステージが３６０°旋回するように構成されていることにより、インクジェットヘッドとステージとの角度を任意に変更させて、対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向、すなわち対象物に対する膜形成材料の塗布方向を任意に設定することが容易に可能である。これについて、図２〜４を参照して説明すると、ステージ１２を回転させることにより、インクジェットヘッド１１に対してステージ１２の長手方向を縦方向（図２−ａ）、横方向（図３−ａ）、斜め方向（図４−ａ）に向け、その状態で、図２−ａ、３−ａ、４−ａ中の矢印方向に沿ってインクジェットヘッド１１を移動させながら塗布を行うことにより、図２−ｂ、３−ｂ、４−ｂ中の矢印方向に沿って膜形成材料が対象物１３上に塗布されていくこととなる。このように膜形成材料の塗布方向を任意に設定することができると、対象物の表面形状や表面材質等の表面状態に応じて、膜形成材料の塗布方向を調整することができるので、塗布方向に発生する筋状の乾燥ムラや塗布ムラを低減して、均一な薄膜を形成させることが可能となる。

また、本発明においては、対象物に対するインクジェットノズルの走査方向を任意に変更することが容易に可能であることから、対象物に対して２以上の異なる方向から膜形成材料を重ね塗りすることも容易に可能である。これについて、図５、６を参照して説明すると、インクジェットヘッド１１に対してステージ１２の長手方向を斜め方向（図５−ａ）、縦方向（図６−ａ）に向けた状態で、図５−ａ、６−ａ中の矢印方向に沿って１度目の塗布を行った後、ステージ１２を回転させ、斜め方向（図５−ｂ）、横方向（図６−ｂ）に向け直した状態で、図５−ｂ、６−ｂ中の矢印方向に沿って２度目の塗布を行うことにより、図５−ｃ、図６−ｃ中の矢印で示すように、膜形成材料の塗布方向を交差させた重ね塗りが可能となる。このような重ね塗りは、インクジェットヘッドの吐出条件によっては、均一な薄膜を形成させるための有効な手法となり得るものである。

上記ステージは、膜形成材料を塗布する対象物を吸着保持する機構を有するものであることが好ましい。このような形態においては、ステージの構成が簡単であるとともに、ステージ上に対象物を充分に固定することができるので、対象物上に精度よく膜形成材料を付着させ、均一な薄膜を形成させることができる。吸着保持機構の好ましい形態としては、真空吸着を行うものが挙げられる。

本発明の膜形成装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。また、本発明において、膜塗布材料としては特に限定されるものではないが、インクジェット方式により塗布するのに適した特性を有するものが好ましく、例えば、揮発性材料を含有する液状材料等が好適である。膜形成材料を塗布する対象物としては特に限定されるものではないが、液晶表示装置を構成するアレイ基板やカラーフィルタ基板等が好適である。これらの基板においては、配線やパターンによる段差が存在するため、乾燥ムラ、塗布ムラが発生しやすく、本発明の作用効果を充分に得ることができる。

本発明はまた、上記膜形成装置を用いて膜形成材料を対象物に塗布する膜形成方法であって、上記膜形成方法は、膜形成材料を塗布する対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向を調整して塗布する工程を含む膜形成方法でもある。このような膜形成方法によれば、対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向（膜形成材料の塗布方向）を、対象物の表面形状や表面材質等の表面状態に応じて調整することで、膜形成材料の塗布方向に発生する筋状の乾燥ムラや塗布ムラを低減して、対象物上に均一な薄膜を形成することが可能であり、例えば、液晶表示装置を構成するアレイ基板やカラーフィルタ基板等に対して配向膜の材料を塗布するのに好適である。また、塗布工程は、膜形成材料を塗布する対象物に対して２以上の異なる方向から重ね塗りを行う工程であることが好ましい。このような塗布形態は、インクジェットヘッドの吐出条件によっては、均一な薄膜を形成させるための有効な手法となり得るものである。

本発明の膜形成装置によれば、インクジェットヘッド及び／又はステージが移動し、かつステージが３６０°旋回する機構を有することから、膜形成材料を塗布する対象物の表面形状や表面材質等の表面状態に応じて、対象物に対する材料の塗布方向を容易に調整することができ、塗布方向に発生する筋状の乾燥ムラや塗布ムラを低減して、均一な薄膜を形成させることが可能となる。また、対象物に対して２以上の異なる方向から材料を重ね塗りすることも容易に可能となり、これによっても均一な薄膜を形成させることが可能となる。

以下に実施例を掲げ、本発明を図面に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
図１は、本発明の膜形成装置の構成の一例を示す斜視模式図である。
図１に示す膜形成装置は、材料の射出口となるインクジェットノズルを複数個直列又は千鳥配列に配置して大面積の塗布を可能にしたインクジェットヘッド１１と、移動及び３６０°（±１８０°）の旋回が可能であり、かつ吸着保持機構を備えるステージ１２と、インクジェットノズルからの材料の間欠吐出を制御することができる制御部（図示せず）と、材料を貯蔵することができるタンク部（図示せず）とを有している。

本実施例においては、液晶表示装置の製造に用いられる配向膜材料の塗布による薄膜形成について以下に説明する。
まず、インクジェットヘッド１１をステージ１２の走査方向と直交する状態にて設置した。次に、薄板状対象物（以下、基板ともいう）１３として、５０ｍｍ×５０ｍｍの５種のアレイ基板、４種のカラーフィルタ基板、ＩＴＯ全面デポ基板（酸化インジウム錫膜を全面に形成した基板）をステージ１２上に搭載させた。基板１３としては、ＵＶ（波長：１７２ｎｍ）洗浄後、純水又はアルコール洗浄を行ったものを用いた。基板１３搭載後、真空吸着にて基板１３を保持し、条件毎に吐出方向が異なるようにステージ１２の角度を調整した。なお、本実施例では、図７に示すように、縦方向（Ａ方向）、横方向（Ｂ方向）、斜め方向（Ｃ方向）の３方向の塗布方向について、成膜状態の確認を行った。

このようにして塗布の準備が整ったところで、ステージ１２を直線方向（図１中の矢印方向）に走査させ、それと同期させてインクジェットノズルより配向膜材料を吐出させた。配向膜材料としては、フレキソ印刷グレード品を希釈し、固形分濃度１〜３質量％、粘度３．５〜１２ｍＰａ・ｓに調整したものを用いた。吐出のＯＮ、ＯＦＦのタイミングとしては、１秒間に３００〜１０００回程度とし、所望のドット密度に合わせるためにステージ１２の走査速度を調整した。すなわち、走査方向の塗布ピッチは、基本的にノズルピッチと等間隔にしたが、膜厚調整を行う場合には、塗布ピッチを調整した。また、基板１３上に形成されている配線部の段差や金属膜面等の状況により、配向膜材料の液滴の流動状態が変化するため、その対策として、各基板１３に応じて吐出量やステージ１２の走査速度を変化させ、所望の配向膜厚（６０〜１００ｎｍ）にコントロールした。

以上の条件にて配向膜材料を成膜させた基板１３をステージ１２より離脱させた後、ヒータ部に搭載し、６０〜８０℃で乾燥処理を行った。そして、配向膜材料の乾燥後に、基板１３を処理部から移動させ、パネル評価を行った。パネル評価の評価基準としては、成膜状態が良好であったものを○とし、成膜状態にムラが有ったものを△とし、成膜状態が悪かったものを×とした。その結果を表１に示す。

表１に示すように、基板や機種毎に成膜状態の良好な走査方向が存在することが判明した。従って、良好な成膜状態を得るためには、基板や機種毎にステージ１２の走査方向を設定する必要があり、そのための手段として、本発明に係るステージ１２が３６０°旋回する機構が非常に有効な手段であることが分かった。

（比較例１）
インクジェットヘッドの走査方向を変更可能とするために、図８−ａ及び８−ｂに示すように、上部のインクジェットヘッド１１を旋回かつ走査可能にした形態においては、インクジェットヘッド１１の駆動部が大型化してしまうというデメリットを有するため、実際の設備としては不向きである。

（比較例２）
インクジェットヘッドの走査方向を変更可能とするために、図９−ａに示すように、ロボットハンド２０にて基板１３の投入方向を変更可能にしたり、ステージ１２の上流側ポジションに旋回可能な置台を設け、これにより基板１３を旋回させてからロボットにてステージ１２に投入したりすることで、ステージ１２上の基板１３の位置を変更可能にした形態においては、図９−ｂに示すように、全方向の保持を可能とするためにステージ１２が大型化してしまうことに加え、吐出走査方向を交差させて重ね塗りするという手段が得られなくなってしまうというデメリットを有する。なお、比較例２の形態においても、同じ方向に重ね塗りをすることは可能であるが、違う方向にて重ね塗りを行う場合（交差させて重ね塗りをする場合）には、ステージ側が１軸しか動作できないため、ステージに吸着させた基板に対して、インクジェットヘッドの方を旋回させて違う方向から塗布動作を行うか、一度基板をステージから離脱させて、もう一度違う方向に吸着させて処理を行うかする必要がある。

本発明の膜形成装置の構成の一例を示す斜視模式図である。 本発明の膜形成装置におけるインクジェットヘッドとステージとの位置関係の一例（縦方向）を示す平面模式図である。 図２−ａの位置関係から塗布を開始した場合における対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向（縦方向）を示す平面模式図である。 本発明の膜形成装置におけるインクジェットヘッドとステージとの位置関係の一例（横方向）を示す平面模式図である。 図３−ａの位置関係から塗布を開始した場合における対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向（横方向）を示す平面模式図である。 本発明の膜形成装置におけるインクジェットヘッドとステージとの位置関係の一例（斜め方向）を示す平面模式図である。 図４−ａの位置関係から塗布を開始した場合における対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向（斜め方向）を示す平面模式図である。 重ね塗りを行う場合の１度目の塗布における対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向の一例（斜め方向）を示す平面模式図である。 重ね塗りを行う場合の２度目の塗布における対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向の一例（斜め方向）を示す平面模式図である。 図５−ａ及びｂの重ね塗りによる対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向（対角斜め方向）を示す平面模式図である。 重ね塗りを行う場合の１度目の塗布における対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向の一例（縦方向）を示す平面模式図である。 重ね塗りを行う場合の２度目の塗布における対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向の一例（横方向）を示す平面模式図である。 図６−ａ及びｂの重ね塗りによる対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向（縦横方向）を示す平面模式図である。 実施例における対象物（基板）に対するインクジェットヘッドの走査方向（塗布方向）を示す平面模式図である。 旋回が可能なインクジェットヘッドとステージに保持された対象物との位置関係の一例（旋回前）を示す平面模式図である。 旋回が可能なインクジェットヘッドとステージに保持された対象物との位置関係の一例（旋回後）を示す平面模式図である。 対象物の方向を任意に変更可能なロボットハンドにより、対象物を旋回させてステージに投入する様子を模式的に示す説明図である。 図９−ａのロボットハンドによりステージに搭載された対象物とインクジェットヘッドとの位置関係を示す平面模式図である。

符号の説明

１１：インクジェットヘッド
１２：ステージ
１３：対象物（基板）
２０：ロボットハンド

Claims (4)

1. 複数ノズルを有するインクジェットヘッドと、膜形成材料を塗布する対象物を載置するステージとを備えた膜形成装置であって、
   該膜形成装置は、インクジェットヘッド及び／又はステージが移動し、かつステージが３６０°旋回する機構を有することを特徴とする膜形成装置。
2. 前記ステージは、膜形成材料を塗布する対象物を吸着保持する機構を有するものであることを特徴とする請求項１記載の膜形成装置。
3. 請求項１又は２記載の膜形成装置を用いて膜形成材料を対象物に塗布する膜形成方法であって、
   該膜形成方法は、膜形成材料を塗布する対象物に対するインクジェットヘッドの走査方向を調整して塗布する工程を含むことを特徴とする膜形成方法。
4. 前記塗布工程は、膜形成材料を塗布する対象物に対して２以上の異なる方向から重ね塗りを行う工程であることを特徴とする請求項３記載の膜形成方法。

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