JP2006136770A - インクジェット塗布装置及び表示デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 一つの基板のインクジェット塗布と別の基板のインクジェット塗布との間の時間や、他のディスプレイパネルの製造工程との兼ね合いでインクジェット塗布作業を中断又は休止している時間等では、ノズルの先端部からインクが乾燥してノズル内部でインクが固化することにより、ノズル詰まりが生じる場合があった。
【解決手段】 塗布液の液滴を噴射するノズルと、前記ノズルが設けられるインクジェットヘッド１６と、前記インクジェットヘッド１６に接続し、前記ノズルに前記塗布液を導く配管２２と、前記インクジェットヘッド１６に隣接して設けられ、前記塗布液の溶媒を収容してこの溶媒に前記ノズルが浸漬可能な溶媒容器３１とを備え、塗布の休止などの時には、ノズルを溶媒容器３１内の溶媒中に浸漬させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット塗布装置及び表示デバイスの製造方法に関する。

半導体装置、液晶ディスプレイパネル、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイパネル若しくはフィールドエミッションディスプレイパネル等の薄型ディスプレイパネルを用いた表示デバイス等を製造する際には、水溶液や、無機又は有機溶媒を含む塗布液の液滴を、インクジェット塗布装置のインクジェットノズルから基板上に噴射塗布し、前記基板上で乾燥させることにより、機能層等の膜を形成させることが行われている。かようなインクジェット塗布は、特に、表示デバイスの発光層やカラーフィルター層などのような微細なパターニングを必要とする成膜のために好適に用いられている。

インクジェット塗布装置は、インクジェットヘッドに取り付けられた微小なノズルを備え、このノズルから、被塗布材である基板に向けてインクの液滴を噴射して前記基板上に着弾させることによりインクを塗布している。

インクジェット塗布装置による塗布中は、ノズルにインクが連続的に供給されるから、ノズルの先端部又は内部でインクが乾燥してノズル詰まりを生じることはない。しかし、一つの基板のインクジェット塗布と別の基板のインクジェット塗布との間の時間や、他のディスプレイパネルの製造工程との兼ね合いでインクジェット塗布作業を中断又は休止している時間等では、ノズルの先端部からインクが乾燥してノズル内部でインクが固化することにより、ノズル詰まりが生じる場合があった。このノズル詰まりが生じると、被塗布材の所定の領域に適切な塗布を行うことができず、ひいてはインクジェット塗布法により膜を形成を行った製品の不良につながることから、ノズル詰まりの発生を防止することが求められる。

本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、ノズル詰まりを有利に回避することのできるインクジェット塗布装置及び表示デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のインクジェット塗布装置は、塗布液の液滴を噴射するノズルと、前記ノズルが設けられるインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに接続し、前記ノズルに前記塗布液を導く配管と、前記インクジェットヘッドに隣接して設けられ、前記塗布液の溶媒を収容してこの溶媒に前記ノズルが浸漬可能な溶媒容器とを備えることを特徴とする。

また、本発明のインクジェット塗布装置は、前記溶媒容器内に前記ノズルを浸漬させたときに溶媒の逆流を防止する逆流防止手段を更に備えることが好適である。

また、前記逆流防止手段が、前記インクジェットヘッドの内部に設けられていることは、好適である。

また、本発明の表示デバイスの製造方法は、インクジェット塗布装置のインクジェットヘッドに取り付けられたノズルから液滴を表示デバイス用基板に噴射して塗布する段階と、前記塗布をした後、別の表示デバイス用基板基板に塗布を開始するまでの間に、前記ノズルを溶媒容器内に収容された溶媒に浸漬させるとともに、前記溶媒が前記インクジェットヘッド内に逆流するのを防止する段階とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、インクジェット塗布装置において液滴を噴射するノズルの詰まりを防止することができ、インクジェット塗布装置を用いて製造する表示デバイスの歩留まりを向上させることができる。

図１は本発明の一実施の形態に係るインクジェット塗布装置の全体構成を示す斜視図である。本発明のインクジェット塗布装置は、インクジェット塗布をする空間を所定の雰囲気に保持するインク塗布ボックス１と、このインク塗布ボックス１内の雰囲気がインクの補給時に変動するのを防止するために前記インク塗布ボックス１とは別個に設けられ、インクを補給する空間を所定の雰囲気に保持するインク補給ボックス２とを、互いに隣接させてベース３上に有している。前記インク塗布ボックス１には、図示しない第１の窒素供給管、第１の空気供給管及び第１の排出管が接続されていて、これらの配管にそれぞれ設けられた開閉弁を開閉することで、インク塗布ボックス１内を窒素雰囲気や空気雰囲気にできるようになっている。また、前記インク補給ボックス２には、図示しない第２の窒素供給管、第２の空気供給管、及び第２の排出管が接続されていて、これらの配管に、それぞれ設けられた開閉弁を開閉することで、前記インク補給ボックス２内を窒素雰囲気や空気雰囲気にできるようになっている。

前記インク塗布ボックス１の内部空間には、インクを塗布する基板Ｓを保持するステージ１１がほぼ水平に配設されている。このステージ１１は、ベース３上に順次設けられたＸテーブル１２ａ、Ｙテーブル１２ｂ、θテーブル１２ｃによって水平面内を移動可能に支持されている。

また、前記ステージ１１を跨ぐように、門型の支持体１３が前記インク塗布ボックス１内でベース３上面からほぼ垂直に立設されている。この支持体１３の前記ステージ１１上に当たる位置に、取り付け板１４を介して複数のインクジェットヘッド駆動装置１５を備えている。このインクジェットヘッド駆動装置１５は、Ｚテーブル１５ａ、Ｙテーブル１５ｂ、θテーブル１５ｃを有し、その下端部にはそれぞれインクジェットヘッド１６が設けられている。このインクジェットヘッド１６の下端面には、インクの液滴を噴射するノズルが、ステージ１１に向けて取り付けられている。

前記インクジェットヘッド１６にインクを供給するために、前記インク塗布ボックス１の内部には複数のインク供給タンク２１が設けられ、それぞれ配管２２により前記インクジェットヘッドと接続している。これらのインク供給タンク２１には、例えば液晶ディスプレイパネルのカラーフィルターの着色膜や有機ＥＬパネルの発光膜を当該インクジェット塗布装置により形成する場合には、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ３色のそれぞれに対応する色のインクが貯えられる。このインクの液面高さを適切に調節して前記インクジェットヘッド１６のノズル先端部におけるインク液圧を所定の負圧に維持するために、インク供給タンク２１は、ベース３上に設けられた図示しないインク供給タンク駆動機構によって昇降可能に支持されている。

前記インク供給タンク２１に貯えられるインクが減ったときにインクを供給するために、前記インク補給ボックス２の内部空間には、前記インク供給タンク２１に対応する複数のインク補給タンク２３が設けられ、それぞれ配管２４により前記インク供給タンク２１と接続している。これらインク補給タンク２３は、例えばＲ、Ｇ、Ｂ３色のうち、対応する色のインクを貯えている。

図２は、図１に示す本実施形態に係るインクジェット塗布装置の配管の要部構成を示す配管系統図である。同図において、図１に示した部材と同一の部材については、同一の符号を付している。

図２において、各インクジェットヘッド１６と各インク供給タンク２１とは、それぞれ配管２２によって接続されている。また、各インク供給タンク２１と各インク補給タンク２３とは、配管２４によって接続されている。この配管２４の間には、各インク供給タンク２１にインクを補給するための補給ポンプ２５が設けられるとともに、開閉弁２６がそれぞれ設けられている。また、前記配管２２の中途部にも開閉弁２７が設けられている。前記補給ポンプ２５は、制御装置２８からの信号により動作可能となっており、また、前記開閉弁２６及び前記開閉弁２７は、制御装置２８からの信号により開閉可能となっている。

そして、図１及び図２に示した本実施形態に係るインクジェット塗布装置においては、前記インク塗布ボックス１内のベース３上で前記ステージ１１近傍に、インクジェットヘッド１６のノズルから噴射するインクの溶媒が収容される溶媒容器３１が設けられている。この溶媒容器３１に収容された溶媒に、前記インクジェットヘッド１６のノズルが、前記インクジェットヘッド駆動装置１５を動作させることにより浸漬できるようになっている。

本実施形態のインクジェット塗布装置においては、前記溶媒容器３１を備えることにより、一つの基板のインクジェット塗布と別の基板のインクジェット塗布との間の時間や、他のディスプレイパネルの製造工程との兼ね合いでインクジェット塗布作業を中断又は休止している時間等に、前記インクジェットヘッド１６の下端部のノズルを前記溶媒容器３１内に収容した溶媒中に浸漬させることが可能になる。したがって、前記ノズル先端部又はノズル内部のインクが、前述した時間において乾燥するのを防止することができるので、効果的にノズル詰まりを防止することができる。

前記溶媒容器３１に収容させる液体は、前記ノズルから噴射させるインクの溶媒とする。ノズルから噴射させるインクの溶媒を前記溶媒容器３１に収容して用いることにより、前記ノズルを浸漬させたときに、ノズルの先端部又は内部に存在するインクが化学的に反応して悪影響を生ずるおそれを回避できる。ノズルを浸漬させてノズルの先端部又は内部のインクの乾燥を防止するという観点からは、ノズルから噴射させるインクそれ自体を前記溶媒容器３１に収容して用いてもよいが、前記インクを用いる場合は、溶媒容器３１内でインクの溶媒が次第に揮発して、溶質（固形物分）の濃度が次第に高くなり、ノズル詰まりを防止する効果が次第に低くなるおそれがある。また、図１に示したように複数のインクを用いるときには、それぞれのインクを用意する必要があり、メンテナンスが煩雑になる。したがって、簡易な装置でかつ製造コストを低くするためには、インクを用いるよりは、インクの溶媒を用いることが好ましい。

溶媒容器３１にインクの溶媒を収容して、インクジェットヘッド１６のノズルを浸漬させたときに、浸透圧や浸漬させた溶媒の液圧の関係で、このインクの溶媒がノズルからインクジェットヘッド１６や、更にはインクジェットヘッド１６に接続している配管２３に浸透し、溶質濃度の低下が生じる。インクジェット塗布は、インクの溶質濃度が所定の濃度であるという条件設定の下で行われるから、溶質濃度の低下が生じているインクを基板Ｓに噴射して膜を形成させるのは、製品の不良を招く。そこで、ノズルを溶媒容器３１に浸漬させたときに浸透しているインクは、前記ノズルより噴射させて捨てている。インクの溶媒が浸透している範囲が少ないときにはインクを捨てる量が少ないが、インクジェットヘッド１６に接続している配管２３に浸透している場合のように、インクの溶媒が広範囲に浸透しているときには、捨てる量が多くなり無駄が多くなる。

そこで、本発明のインクジェット塗布装置は、溶媒容器内にノズルを浸漬させたときに溶媒の逆流防止手段を設けることが好ましい。より好ましくは、この逆流防止手段をインクジェットヘッドの内部に設ける。この逆流防止手段の例を図面を用いて説明する。

図３は、インクジェットヘッド１６の断面図である。図３において、インクジェットヘッド１６は、間隙を有する基体１６ａと、この基体１６ａの間隙に挿入されている圧電素子（例えばＰＺＴ）よりなるアクチュエータ１６ｂと、このアクチュエータ１６ｂの先端に固着されているダイヤフラム１６ｃと、このダイヤフラム１６ｃの前記基体１６ａとは反対側の面に取り付けられている流路板１６ｄと、この流路板１６ｄに形成されてインクが満たされる空隙よりなり、前記アクチュエータ１６ｂが固着されている部分の前記ダイヤフラム１６ｃを空隙の内壁の一部とするインク室１６ｅと、前記流路板１６ｄの端面に前記インク室１６ｅを塞ぐように取り付けられたノズルプレート１６ｆと、このノズルプレート１６ｆに形成された貫通孔よりなり、前記インク室１６ｅと連通してインクを噴射するノズル１６ｇとを備えている。また、前記インク室１６ｅにインクを導くために、前記インク室１６ｅに接続される流路１６ｈが形成されていて、この流路１６ｈは、インク供給タンク２１に接続している配管２２と接続されている。

そして、逆流防止手段として、前記流路１６ｈに交差してこの流路１６ｈを塞ぐことができるロッド１６ｉが、前記流路１６ｈ内に進退可能に設けられている。このロッド１６ｉを移動させる駆動装置１６ｊが前記ロッド１６ｉの一方の端部に接続して設けられている。

インクジェットヘッド１６のノズル１６ｇからインクを噴射させる塗布作業中においては、前記ロッド１６ｉを前記流路１６ｈ内から退出させておき、インクがインク室１６ｅに流入できるようにする。一方、塗布作業を中断又は休止し、インクジェットヘッド１６をステージ１１上から溶媒容器３１上に移動させて、このインクジェットヘッド１６の下端部に備えるノズルを溶媒容器３１内の溶媒に浸漬させるときには、前記駆動装置１６ｊを駆動させてロッド１６ｉを前記流路１６ｈ内に進入させ、流路１６ｈを塞ぐ。塗布作業を再開するときには、前記駆動装置１６ｊを駆動させてロッド１６ｉを前記流路１６ｈ内から退出させる。このようにして、前記ロッド１６ｉは、バルブの役割を果たし、インクジェットヘッド１６を溶媒容器３１内の溶媒に浸漬させたときのインクの逆流を防止することができ、よってインクの無駄を少なくすることができる。

図４は、インクジェットヘッド１６の他の例の断面図である。なお、図４において、図３と同一部材については同一符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。

図４に示したインクジェットヘッド１６においては、流路１６ｈの途中に逆止弁１６ｋが設けられている。この逆止弁１６ｋの弁体は、インクが配管２２からインク室１６ｅへ向かって流れる場合は流路１６ｈ内で開いていて、逆に、インクがインク室１６ｅから配管２２に向かって流れる場合には、流路１６ｈ内で閉じるようになっている。このようにして、前記逆止弁１６ｋは、インクジェットヘッド１６を溶媒容器３１内の溶媒に浸漬させたときのインクの逆流を防止することができる。

前記逆流防止手段は、上述したインクジェットヘッド１６の内部に設ける例に限られず、インクジェットヘッド１６に接続する配管２２の経路上のインクジェットヘッド１６の直近に設けてもよい。もっとも、インクジェットヘッド１６の内部に設けたほうが、配管２２に設ける場合よりも溶媒の逆流量が少なくなるから、インクの無駄を少なくするという観点から有利である。

本発明のインクジェット塗布装置を用いて、表示デバイスの製造をするに当たっては、インクジェット塗布装置のインクジェットヘッドに取り付けられたノズルから液滴を表示デバイス用基板に噴射して塗布をした後、別の表示デバイス用基板基板に塗布を開始するまでの間に、前記ノズルを溶媒容器内に収容された溶媒に浸漬させるとともに、前記溶媒が前記インクジェットヘッド内に逆流するのを防止することが好適である。

表示デバイスの製造工程においては、表示デバイスの基板上に有機ＥＬパネルの場合の発光素子層や液晶パネルのカラーフィルターの場合の着色層やブラックマトリックス層を形成する工程があり、これらの層はいずれも微細に区画された領域内に層を形成させる必要があることから、本発明のインクジェット塗布装置により塗布液を塗布して乾燥させ、前記発光素子の発光膜又は前記カラーフィルターの着色膜若しくは遮光膜を形成させることができる。

より具体的には、表示デバイスとして例えば液晶ディスプレイを製造する場合について述べると、ガラス基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を規則正しく並べて配置したＴＦＴアレイ基板を製造するとともに、他のガラス基板にカラーフィルター及びブラックマトリックスを形成させたカラーフィルター基板を製造し、前記ＴＦＴアレイ基板と前記カラーフィルター基板とを貼り合わせて組み立て、その貼り合わせた基板の隙間に液晶材を注入し、封じ込ませてパネル基板を得る。また、パネル基板を得るのに、前記ＴＦＴアレイ基板上にカラーフィルターとブラックマトリックスとの両方を形成させることも行われている。

このようなカラーフィルター基板、又はカラーフィルターとブラックマトリックスとを形成させたＴＦＴアレイ基板を製造するに当たり、そのカラーフィルター層の各輝点（サブピクセル）に対応する着色層を形成するため、又は前記各輝点により構成される表示領域の周囲に設けられる非表示領域又は前記各輝点間を遮光するための遮光層（ブラックマトリックス）を形成するための膜を、本発明のインクジェット塗布装置を用いて形成することができる。

本発明の一実施の形態に係るインクジェット塗布装置の全体構成を示す斜視図。 図１に示す本実施形態に係るインクジェット塗布装置の配管の要部構成を示す配管系統図。 インクジェット塗布装置のインクジェットヘッドの断面図。 インクジェット塗布装置のインクジェットヘッドの断面図。

符号の説明

１６…インクジェットヘッド、１６ｉ…ロッド（逆流防止手段）、２２…配管、３１…溶媒容器

Claims (4)

1. 塗布液の液滴を噴射するノズルと、
   前記ノズルが設けられるインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドに接続し、前記ノズルに前記塗布液を導く配管と、
   前記インクジェットヘッドに隣接して設けられ、前記塗布液の溶媒を収容してこの溶媒に前記ノズルが浸漬可能な溶媒容器と
   を備えることを特徴とするインクジェット塗布装置。
2. 前記溶媒容器内に前記ノズルを浸漬させたときに溶媒の逆流を防止する逆流防止手段
   を更に備えることを特徴とする請求項１記載のインクジェット塗布装置。
3. 前記逆流防止手段が、前記インクジェットヘッドの内部に設けられていることを特徴とする請求項２記載のインクジェット塗布装置。
4. インクジェット塗布装置のインクジェットヘッドに取り付けられたノズルから液滴を表示デバイス用基板に噴射して塗布する段階と、
   前記塗布をした後、別の表示デバイス用基板基板に塗布を開始するまでの間に、前記ノズルを溶媒容器内に収容された溶媒に浸漬させるとともに、前記溶媒が前記インクジェットヘッド内に逆流するのを防止する段階と
   を備えることを特徴とする表示デバイスの製造方法。
   
   

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