JP2006272285A - インクジェット塗布装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上での液体の塗布パターンの自由度を広げ、塗布品質を向上すること。
【解決手段】 相並ぶ複数のノズル２３によってヘッドを構成し、各ノズル２３から吐出される液体を基板１に塗布するインクジェット塗布装置１０において、各ノズル２３をそれらノズル２３の配列方向に個々に移動させる駆動装置６０を有してなるもの。
【選択図】図３

Description

本発明は相並ぶ複数のノズルから吐出される液体を基板に塗布するインクジェット塗布装置及び方法に関する。

液晶表示装置の製造工程においては、ガラス基板等の基板に回路パターン等を形成するための成膜プロセスがある。この成膜プロセスでは、インクジェットヘッド等の相並ぶ複数のノズルから吐出される液体を基板に塗布し、この液体の基板上でのレベリング（広がり）によって配向膜やレジスト等の機能性薄膜を形成する。

インクジェットヘッドは、例えば60個〜500個のノズルを配列し、相隣るノズルの配列ピッチ（間隔）を0.5〜0.7mm程度の等ピッチとしている。

インクジェットヘッドにより基板に塗布される液体は、当初、各ノズルの配列ピッチを介した線状をなし、その後、液体が基板上で広がって膜状をなすものになる。

即ち、インクジェットヘッドにおいて、各ノズルの配列方向における液体の塗布間隔は、それらの配列ピッチに依存する。各ノズルの配列ピッチによって基板上での液体の塗布パターンが制約を受ける結果、必要な塗布パターンを得ることに困難があり、均一な膜厚みの塗布膜を形成する上での障害になる。

本発明の課題は、基板上での液体の塗布パターンの自由度を広げ、塗布品質を向上することにある。

請求項１の発明は、相並ぶ複数のノズルによってヘッドを構成し、各ノズルから吐出される液体を基板に塗布するインクジェット塗布装置において、各ノズルをそれらノズルの配列方向に個々に移動させる駆動装置を有してなるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記駆動装置が圧電素子を備え、圧電素子は、ヘッドの本体から突出してノズルを支持する支持部を揺動させるようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項２の発明において更に、前記支持部がノズルに対する液体の供給路を内蔵するようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において更に、前記ノズルの位置情報を取得する位置情報取得手段を有するとともに、位置情報取得手段が取得した各ノズルの位置情報に基づいて駆動装置を制御し、各ノズルの位置を調整する制御装置を有してなるようにしたものである。

請求項５の発明は、相並ぶ複数のノズルから吐出される液体を基板に塗布するインクジェット塗布方法において、各ノズルの位置をそれらノズルの配列方向に個々に調整するようにしたものである。

請求項６の発明は、請求項５の発明において更に、前記液体が塗布される基板の品種に応じて、ノズルの位置を調整するようにしたものである。

請求項７の発明は、請求項５又は６の発明において更に、前記基板に対する液体の塗布中に、ノズルの位置を調整するようにしたものである。

請求項８の発明は、請求項７の発明において更に、前記基板とノズルとの相対移動中に、ノズルの位置を調整するようにしたものである。

本発明によれば、基板上での液体の塗布パターンの自由度を広げ、塗布品質を向上できる。

図１はインクジェット塗布装置を示す正面図、図２は図１の側面図、図３はインクジェットヘッドを示す斜視図、図４はインクジェットヘッドの要部を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は横断面図、（Ｃ）は縦断面図、図５はインクジェット塗布装置の制御系統を示すブロック図、図６はノズル位置情報取得手段を示す模式図、図７は図６の要部拡大図である。

図１、図２に示したインクジェット塗布装置１０は、水平に設置されたベース１１の両側に設けたガイドレール１２に矩形板状の搬送テーブル１３をスライド可能に支持している。ガラス基板等の基板１は、搬送テーブル１３の上面に保持されて搬送される。

塗布装置１０は、ベース１１上における基板１の搬送方向に沿う中間部に門型フレーム１４を立設し、門型フレーム１４に水平な取付部材１５を横架し、取付部材１５の一側面に複数のインクジェットヘッド２０を並設している。複数のヘッド２０がなす寸法は、基板１の幅寸法より僅かに長く設定される。尚、図１及び図２において、ヘッド２０は、簡略化して四角形で示している。

ヘッド２０は、図３、図４に示す如く、ヘッド本体２１の一端側から他端側に渡り、単一の主管２１Ａ（液体供給路）を備える。主管２１Ａには、配向膜やレジスト等の機能性膜を形成する溶液としての液体を供給する供給管（不図示）が接続される。

ヘッド２０は、ヘッド本体２１から突出して相並ぶ複数の支持部２２を備え、各支持部２２の先端にノズル２３を支持する。これにより、ヘッド２０は、相並ぶ複数、例えば１番〜５番の５孔（実機では例えば64孔）のノズル２３をライン状に配列して備える。各ノズル２３は、基板１に向けて液体を吐出する吐出孔２３Ａと、吐出孔２３Ａに連通する吐出室２３Ｂとを備え、各吐出室２３Ｂを支持部２２に設けた枝管２２Ａ（液体供給路）により主管２１Ａの長手方向の各位置に接続している。主管２１Ａに供給された液体が枝管２２Ａを介して吐出室２３Ｂに充填される。尚、ヘッド２０は、相隣るノズル２３の標準配列ピッチを例えば0.5〜0.7mm程度とし、各ノズル２３からの液体吐出量を例えば100〜200pl／滴とする。

ヘッド２０は、ノズル２３の上面を可撓板２４により覆い、可撓板２４の上面に、各ノズル２３の吐出室２３Ｂに対向する吐出用圧電素子２５を固着している。圧電素子２５は、不図示の給電回路に接続されて印加電圧を給電され、これによって駆動される圧電素子２５に対応するノズル２３の吐出室２３Ｂに容積変化を生じさせて充填されている液体を吐出孔２３Ａから吐出させ、搬送テーブル１３に保持されて搬送されている基板１の上面にこの液体を塗布する。基板１に塗布された液体は、基板１上で自然なレベリング（広がり）によって配向膜やレジスト等の機能性薄膜を形成するものになる。

しかるに、塗布装置１０にあっては、ヘッド２０が基板１上に形成する液体の塗布パターンの自由度を広げるため、以下の構成を具備する。

塗布装置１０は、図５に示す如く、制御装置３０、品種設定器４０、ノズル位置情報取得手段５０、ノズル駆動装置６０を有する。

制御装置３０は、基板１の品種に応じた、各ノズル２３の目標位置情報を予め記憶している。

品種設定器４０は、今回の塗布対象たる基板１の品種を制御装置３０に入力する。

ノズル位置情報取得手段５０は、各ノズル２３の現在位置情報（ノズル２３の吐出孔２３Ａの現在位置情報）を検出し、この検出結果を制御装置３０に入力する。

ノズル駆動装置６０は、各ノズル２３毎に設けられ、各ノズル２３をそれらノズル２３の配列方向に個々に移動させ、相隣るノズル２３の配列ピッチを標準配列ピッチに対して変更可能にする。ノズル駆動装置６０は、図４に示す如く、ノズル移動用圧電素子６１の両端部をヘッド本体２１と各ノズル２３の支持部２２の中間部のそれぞれにピン結合して備え、圧電素子６１により支持部２２を揺動させることにて、支持部２２の先端のノズル２３をそれらノズル２３の配列方向に移動させる。即ち、支持部２２は、ヘッド本体２１との連結部分が可撓性材料にて構成されており、圧電素子６１の伸縮動作によりこの連結部分を支点として水平面内で揺動移動可能とされる。そして、その移動量及び移動方向は、圧電素子６１に印加する電圧の大きさ及び方向を調整することで変更することができる。尚、支持部２２の揺動は、可撓性の材料の弾性変形可能な範囲内で行なうことが好ましい。

図６は、ノズル２３（吐出孔２３Ａ）の位置を検出するノズル位置情報取得手段５０の一例を示した模式図であり、ヘッド２０（ノズル２３）、ノズル位置情報取得手段５０については図形化して示している。図７は、ノズル位置情報取得手段５０のセンサ５１（位置検出素子５１Ａ）を拡大して示している。

各ノズル２３は、支持部２２と反対側に反射板２３Ｃを設けている。

センサ５１は、投受光によって対象物までの距離を測定するもので、図６において主管２１Ａに沿う矢印Ｘ方向に移動する。センサ５１の移動装置は、ボールねじ機構を用いた移動装置やリニアモータを用いることができる。この移動装置により、センサ５１を移動させることで、センサ５１を各反射板２３Ｃの対向位置における予め定められた位置に位置付ける。

センサ５１は、位置検出素子５１Ａ上における結像点の位置の変化から、反射板２３Ｃの角度の変化を検出する。例えば、結像点の位置と反射板２３Ｃの傾きとの関係を、後述する基準位置にノズル２３が位置するときの結像点の位置を基準として予め求めておき、実際に得られた結像点の位置と基準の結像点の位置とを比較することにより前記の関係から反射板２３Ｃの傾きを求める。そして、この反射板２３Ｃの傾きに基づいてノズル２３の位置（基準位置に対するずれ）を検出する。ここで、ノズル２３の基準位置とは、支持部２２の回転角度が0度（支持部２２がヘッド本体２１に結合している支点２２Ｂを中心とした支持部２２の回転角度で、主管２１Ａの延設方向に対して90度をなす角度位置を0度とする）のときのノズル位置をいう。

図７は、支持部２２の回転角度が0度のときの反射板２３Ｃを実線で、支持部２２がある角度回転したときの反射板２３Ｃを２点鎖線で示している。図７において、Ａは、反射板２３Ｃが実線の状態にあるときの反射光を示し、Ｂは２点鎖線の状態にあるときの反射光を示す。このように、ノズル２３の反射板２３Ｃが傾くとその傾きに応じて反射光の方向が変わる。反射光の方向が変わると、位置検出素子５１Ａ上での結像点の位置が変わる。反射板２３Ｃが実線の状態のときの結像点の位置と実際に得られた結像点の位置とを比較することで、反射板２３Ｃの傾きを求めることができる。反射板２３Ｃの傾きが求まれば、この傾きから支持部２２の回転角度θ、ひいてはノズル２３（吐出孔２３Ａ）の位置ずれＸを求めることができる。

例えば、反射板２３Ｃが、その反射面を支持部２２の延設方向に対して直交するようにノズル２３に固定されているとする。また、図６において、２点鎖線で示す支持部２２の回転を正方向の回転、反射板２３Ｃの傾きを正方向の傾き、ノズル２３の位置ずれを正方向の位置ずれとする。

このような条件では、反射板２３Ｃの傾きと支持部２２の回転角度θとは等しくなる。厳密には、反射板２３Ｃは支点２２Ｂを中心とした円弧運動をするから、傾きだけでなく、センサ５１との対向方向にも移動する。しかし、対向方向への移動は微小であるので、ここではないものとして考える。

尚、予め、結像点の位置と支持部２２の回転角度との関係を実験により求めておき、この関係をもとに、支持部２２の回転角度θを求めるようにしても良い。

支持部２２の回転角度θが求まれば、支点２２Ｂとノズル２３との間の距離Ｌが設計値から既知であるから、ノズル２３（吐出孔２３Ａ）の位置ずれＸは、以下の式で求めることができる。

Ｘ＝Ｌ・ｓｉｎθ

これを各ノズル２３（吐出孔２３Ａ）に対して順次行えば、全てのノズル２３の位置情報を取得することができる。

尚、ノズル２３の位置情報の検出方法は、以上のものに限らず、例えばカメラを用い、ノズル２３を下側から撮像した画像に基づいて吐出孔２３Ａの位置を検出することもできる。

従って、制御装置３０はインクジェットヘッド２０の各ノズル２３を以下の如くに移動させる。

(1)今回の基板１の品種が、品種設定器４０により、制御装置３０に入力される。

(2)インクジェットヘッド２０の各ノズル２３の現在位置情報が、ノズル位置情報取得手段５０により、制御装置３０に入力される。

(3)制御装置３０は、上述(2)の各ノズル２３の現在位置情報を、前述(1)の品種に応じて予め記憶されている目標位置情報に比較し、現在位置が目標位置に合致するようにノズル駆動装置６０の圧電素子６１を駆動制御する。これにより、各ノズル２３の位置を、基板１の品種に応じて、それらノズル２３の配列方向に個々に調整する。

例えば、基板１が液晶表示装置の製造に用いられるガラス基板である場合、この基板１の液体が塗布される表面には、制御用電極として使用される透明電極などが基板１の縦横方向に沿って格子状に設けられている。そのため、基板１は、その表面に方向性を有した凹凸が形成されている。

仮に、ノズル２３から吐出された液体が上記凹凸の凸部と凸部の間に沿って塗布された場合、この液体は両側の凸部によってそのレベリングが妨げられるおそれがある。レベリングが妨げられると、形成される機能性薄膜にムラができるという不具合が生じる。

そこで、各ノズル２３の目標位置情報として、基板１表面における搬送方向に沿う凸部上の位置の情報を設定する。このようにすれば、ノズル２３から吐出された液体は、上記凸部上に塗布されるので、レベリングが妨げられ難い。従って、形成される機能性薄膜にムラが生じることが防止でき、均一な膜厚みの機能性薄膜を形成することができる。

尚、制御装置３０による上述(3)の各ノズル２３の位置調整は、各ノズル２３が基板１に対する液体の塗布中に行なうことができる。例えば、基板１がヘッド２０の下方を一方向に通過する間に、圧電素子６１を繰り返し伸縮動させ、各ノズル２３を図６における矢印Ｘ方向に往復動させる。そして、この往復動中、予め設定された時間間隔で液体をノズル２３から吐出させて基板１上に塗布する。このようにすることによって、基板１に、液体を基板１の搬送方向に沿った波線状のパターンで塗布することができる。

そして、ノズル２３の往復動のストロークを、上述した基板１表面の凹凸における隣接する凸部同士の間隔以上の大きさに設定すれば、一のノズル２３によって塗布された液体が凸部と凸部との間にのみ並ぶことが防止できる。従って、塗布された液体のレベリングが、基板１表面の凹凸によって妨げられることができ、ムラが低減された均一な膜厚みの機能性薄膜を形成することができる。

尚、ここで、液体をノズル２３から吐出させる時間間隔は、ノズル２３の片道の移動に要する時間より短い時間間隔に設定するのが好ましい。更には、前記時間間隔を、基板１に塗布された溶液のドットが、一つ前に塗布された溶液のドットとその一部が重なるように設定すると良い。このようにすると、一のノズル２３から塗布された溶液のドットが、その一部で重なり、連続した曲線状に塗布することができる。

また、ノズル２３の往復動は、隣り合うノズル２３間で、周期や振幅を同じ値に設定しても、異なる値に設定してもいずれでも良い。また、ノズル２３の往復動を同じ周期に設定した場合、隣接するノズル間での位相、或いは設定されたノズル２３のグループ間での位相を、０（「ゼロ」）に設定しても良いし、180度等の所定の値に設定しても良い。基板１とノズル２３との相対移動中に、各ノズル２３の位置を調整できる。各ノズル２３による液体の塗布が基板１とノズル２３の相対移動の往動時と復動時に分けてなされる場合には、各ノズル２３の位置調整を、往動と復動の切換え時に行なうものでも良い。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)各ノズル２３をそれらノズル２３の配列方向に個々に移動させる駆動装置６０を有することにより、各ノズル２３の位置を個々に調整でき、基板１上での液体の塗布パターンの自由度を広げ、均一な膜厚みの塗布膜を簡易に形成できる。

(b)駆動装置６０を構成する圧電素子６１が、ヘッド２０の本体２１から突出してノズル２３を支持する支持部２２を揺動させるものであり、ノズル２３を簡易な構成により移動できる。

(c)上述(b)の支持部２２がノズル２３に対する液体の供給路（枝管２２Ａ）を内蔵することにより、インクジェットヘッド２０を簡素化できる。

(d)位置情報取得手段５０が取得した各ノズル２３の位置情報に基づいて駆動装置６０を制御し、各ノズル２３の位置を調整する制御装置３０を有することにより、各ノズル２３の現在位置を基板１の品種に応じて正確調整できる。

(e)各ノズル２３の位置を基板１に対する液体の塗布中に調整できる。

(f)各ノズル２３の位置を基板１とノズル２３との相対移動中に調整できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、上記実施例では、ノズルを一列のライン状に配列した例を示したが、これに限らず、複数列或いは千鳥状に配置するものであっても良い。

また、各ノズル２３をそれらノズル２３の配列方向に揺動させる例で説明したが、各ノズル２３をそれらノズル２３の配列方向に直線移動させるものでも良い。

また、ノズル駆動装置６０は、各ノズル２３を移動させる手段に加え、移動後のノズル２３をロックする手段を備えるものでも良い。

また、ノズル駆動装置６０は、圧電素子６１を支持部２２の片側に有する構成とした例で説明したが、両側に設けるようにしても良い。

また、ノズル駆動装置６０の駆動源を圧電素子６１として説明したが、他の駆動源を用いるものでも良い。

また、基板１の品種に応じて各ノズル２３の位置を調整するようにしたが、品種が変わる度に必ずしも全てのノズル２３の位置を変更しなければならないものではない。

例えば、全てのノズル２３のうち、設定された一つのノズル２３、或いは設定個数置きに位置する複数個のノズル２３を基準として、この基準ノズル２３を基準として他のノズル２３の位置を調整するようにしても良い。

また、ノズル２３間の配列ピッチは、種々設定可能であり、例えば、全てのノズル２３間で等ピッチに設定しても良いし、或いは、設定されたノズル２３のグループ毎に配列ピッチを個別に設定しても良いし、更には、設定された配列ピッチの範囲内で漸増、漸減を繰り返すように設定しても良い。

図１はインクジェット塗布装置を示す正面図である。 図２は図１の側面図である。 図３はインクジェットヘッドを示す斜視図である。 図４はインクジェットヘッドの要部を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は横断面図、（Ｃ）は縦断面図である。 図５はインクジェット塗布装置の制御系統を示すブロック図である。 図６はノズル位置情報取得手段を示す模式図である。 図７は図６の要部拡大図である。

符号の説明

１ 基板
１０ インクジェット塗布装置
２０ インクジェットヘッド
２１ ヘッド本体
２２ 支持部
２２Ａ 枝管（液体供給路）
２３ ノズル
３０ 制御装置
４０ 品種設定器
５０ ノズル位置情報取得手段
６０ ノズル駆動装置
６１ 圧電素子

Claims (8)

1. 相並ぶ複数のノズルによってヘッドを構成し、各ノズルから吐出される液体を基板に塗布するインクジェット塗布装置において、
   各ノズルをそれらノズルの配列方向に個々に移動させる駆動装置を有してなることを特徴とするインクジェット塗布装置。
2. 前記駆動装置が圧電素子を備え、圧電素子は、ヘッドの本体から突出してノズルを支持する支持部を揺動させる請求項１に記載のインクジェット塗布装置。
3. 前記支持部がノズルに対する液体の供給路を内蔵する請求項２に記載のインクジェット塗布装置。
4. 前記ノズルの位置情報を取得する位置情報取得手段を有するとともに、
   位置情報取得手段が取得した各ノズルの位置情報に基づいて駆動装置を制御し、各ノズルの位置を調整する制御装置を有してなる請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット塗布装置。
5. 相並ぶ複数のノズルから吐出される液体を基板に塗布するインクジェット塗布方法において、
   各ノズルの位置をそれらノズルの配列方向に個々に調整することを特徴とするインクジェット塗布方法。
6. 前記液体が塗布される基板の品種に応じて、ノズルの位置を調整する請求項５に記載のインクジェット塗布方法。
7. 前記基板に対する液体の塗布中に、ノズルの位置を調整する請求項５又は６に記載のインクジェット塗布方法。
8. 前記基板とノズルとの相対移動中に、ノズルの位置を調整する請求項７に記載のインクジェット塗布方法。

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