JP2006281070A - インクジェット塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に対するインクの接触角が大きい状態でインクを塗布することで、インクの塗布形状を均一形状に形成し、発光バラツキを抑制することができるインクジェット塗布装置を提供する。
【解決手段】インク塗布ヘッド１５と連動して移動可能なように設けられると共に基板表面に極性を与える表面改質手段３０を設ける。この表面改質手段は、インク塗布ヘッドの側方に配置される第１電極３１ａ、３１ｂと、基板９が載置される第２電極３２と、第１及び第２電極に電圧を印加する電源とを少なくとも備え、第１及び第２電極間に酸化性気体を供給し、第１及び第２電極に一定電圧を印加して電極間をグロー放電し、この基板表面に極性を与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、微量のインク液滴を噴射して基板上にインクを塗布し、所定のパターンを形成するインクジェット塗布装置に関し、特に、インク塗布後のインク形状を均一化させるインクジェット塗布装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や携帯電話などの発達に伴い薄型表示装置への需要が増加している。現在主流となっている液晶ディスプレイに変わる次世代表示装置の有力候補として、有機ＥＬ（electroluminescence）ディスプレイが注目されている。両者を比較すると、有機ＥＬディスプレイは、素子自体が発光するのでバックライトが不要であり、更に１枚のガラスから構成可能なので薄型、軽量化が可能であるという利点がある。また有機ＥＬディスプレイは、陽極−陰極間のキャリアの移動によって発光する素子で構成されるため、液晶ディスプレイの懸案課題である視野角と応答速度特性が液晶ディスプレイよりも優れているという利点を有している。

ところで、この有機ＥＬディスプレイを構成する各素子（セル）には、有機ＥＬ溶剤（以下、単にインクという。）を塗布して作製する。このインクの塗布前には、基板表面に付着したゴミの除去や、基板表面状態を変える前処理を行う。前処理の方法には、例えばプラズマ処理、光処理、熱処理などの方法が挙げられるが、ここでは一例としてプラズマ処理方法を図６を参照して簡単に説明する。また、図７を参照して、前処理を行うことによる基板の表面状態を説明する。

図６に示すように、プラズマ処理装置１００は、一対の平行平面電極（ＲＦ電極１０１と接地電極１０２）と、この平行平面電極を覆う密閉容器（真空チャンバー１０３）を備えており、ＲＦ電極１０１はＲＦ電源に接続され、接地電極１０２は接地されている。

プラズマ処理を行う際は、まず図７（ａ）に示すように、後にインクが塗布される位置に無機系材料１１１を塗布しておき、その外周に有機系材料１１２からなる外壁を更に形成した基板１０４を用意し、これを接地電極１０２上に配置する。

そして真空チャンバー１０３の圧力を大気圧近傍の圧力下に設定すると共に、電極間にＯ_２ガスを供給して、両電極間に電界を印加する。これにより電極間にプラズマが発生し、有機系材料１１２にＯＨ基が帯電する（図７（ｂ））。

この基板１０４をプラズマ処理装置１００から取り出し、インクジェット塗布装置に設定して、無機系材料１１１上にインクを噴射する。インクは、図７（ｃ）に示すように、無機系材料１１１と親水性を示し、有機系材料１１２とは疎水性を示すので、無機系材料１１１上で放物線状の凸形状を形成する。

このようにインクが無機系材料と濡れ易く、有機系材料と濡れ難いことにより形成された凸状のインク形状は、換言すれば接触角が大きいといえる。この接触角は、プラズマ処理後の時間経過と共にその角度が小さくなる性質を有する。ここでプラズマ処理後の時間経過に対する接触角の変化を図８に示す。

図８に示すように、プラズマ処理直後は最も接触角が大きいが、時間経過と共に接触角は小さくなり、最終的には４０°の位置で安定化する。即ちこれは、プラズマ処理直後は、図７（ｃ）に示した理想的なインク断面形状を得ることができるが、時間経過と共にインク形状が平坦化したり、若しくは凹状となることを意味する。このインク形状が平坦化したり、凹状となるイメージ図を図９に示す。
特開２００４−３１０７０号公報

インクの形状を均一形状に形成することは、発光のバラツキを抑える上で重要なポイントとなる。しかし図８に示したように、インクの接触角は時間の経過と共に小さくなることから、インクの形状を均一にするためには、プラズマ処理直後にインク塗布を行う必要がある。しかしプラズマ処理は、専用のプラズマ処理装置を用いて行うため、プラズマ処理装置からインクジェット塗布装置に基板を移動させるための時間は最低限必要である。そのため基板移動時間分の接触角の低下は、これ以上低減することができないという問題がある。

また仮にプラズマ処理された基板を、接触角が４０°になる前（前処理後２分以内）にインクジェット塗布装置に移動できたとしても、大面積を有する基板の塗布開始点から塗布終了点までインク塗布が完了するには、相当の時間を要する。そのため塗布開始時と塗布終了時ではインク形状にバラツキが生じるという問題がある。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、基板に対するインクの接触角が大きい状態でインクを塗布することで、インクの塗布形状を均一形状に形成し、発光バラツキを抑制することができるインクジェット塗布装置を提供することにある。

本発明の請求項１記載のインクジェット塗布装置は、基板上に微量のインク液滴を噴射するインク塗布ヘッドを備えたインクジェット塗布装置であって、インク塗布ヘッドと連動可能に設けられ、基板表面に極性を与える表面改質手段を備えることを特徴とする。

本発明の請求項２記載のインクジェット塗布装置は、請求項１記載のインクジェット塗布装置であって、表面改質手段は、インク塗布ヘッドの側方に配置される第１電極と、基板が載置される第２電極と、第１及び第２電極に電圧を印加する電源とを少なくとも備え、第１及び第２電極間に表面改質ガスを供給し、第１及び第２電極に一定電圧を印加して電極間をグロー放電し、この基板表面に極性を与えることを特徴とする。

本発明の請求項３記載のインクジェット塗布装置は、本発明の請求項１記載のインクジェット塗布装置であって、第１電極とインク塗布ヘッドの間隔ｄは、第１電極と基板の間隔ｈよりも大きいことを特徴とする。

本発明の請求項４記載のインクジェット塗布装置は、本発明の請求項１記載のインクジェット塗布装置であって、表面改質手段は、基板に対して垂直に配置される一対の平行平面電極と、この平行平面電極間に所定の電圧を印加する電源とを少なくとも備え、この平行平面電極間に表面改質ガスを供給し、この平行平面基板に一定電圧を印加して電極間をグロー放電し、この基板表面に極性を与えることを特徴とする。

本発明のインクジェット塗布装置によれば、基板に対するインクの接触角が大きい状態のうちにインクを塗布することができるので、インクの塗布形状を均一形状に形成し、ひいては発光バラツキを抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るインクジェット塗布装置１の斜視図であり、図２は、インクジェット塗布装置１に備えられる表面改質手段３０の具体的な構成図である。

まず図１に示すように、このインクジェット塗布装置１は、インク塗布ボックス２と、インク補給ボックス３とを有し、インク塗布ボックス２とインク補給ボックス３は互いに隣接して配置され、共に架台４の上面に固定されている。

インク塗布ボックス２の内部には、Ｙ軸方向スライド板５、Ｙ軸方向移動テーブル６、Ｘ軸方向移動テーブル７、及び基板保持テーブル８が順次積重されており、吸着機構又は把持機構１０により基板保持テーブル８上に基板９が固定されている。

Ｙ軸方向スライド板５の表面にはＹ軸方向に沿って複数の溝が刻まれており、この溝に沿ってＹ軸方向移動テーブル６が軸方向に移動自在に配置されている。同様に、Ｘ軸方向移動テーブル７もＸ軸方向に移動自在に配置されている。

Ｙ軸方向スライド板５を挟む両側には、１組のコラム１１が立設され、このコラム１１に横架するようにＸ軸方向スライド板１２が設けられている。このＸ軸方向スライド板１２には、基板９面上にインクを噴射する塗布ヘッドユニット１３と、この塗布ヘッドユニット１３の側方に表面改質手段３０がＸ軸方向に滑動可能なように垂設されている。

この塗布ヘッドユニット１３の先端には、インク塗布ヘッド１５が設けられている。この塗布ヘッドユニット１３には、基板９面に対して垂直方向に上下移動が可能な上下機構１６が設けられており、この機構によりインク塗布ヘッド１５と基板９との距離が設定される。またインク塗布ヘッド１５は、図示していないが複数のノズルが直列状に配置されている。

一方、インク塗布ヘッド１５へのインク供給はインク供給パイプを介してインクタンク１７から供給されている。このインクタンク１７へのインク補給はインク補給タンク１８から行われる。

次に図２を参照して、表面改質手段３０の具体的な構成を説明する。

この表面改質手段３０ａは、基板９上に塗布するインクの塗布方向であり、且つインク塗布ヘッド１５の前方に設けられている。ここでインクの塗布方向とは、図２中の矢印Ａ方向である。実際には、表面改質手段３０ａは矢印Ａ方向に移動せず、Ｙ軸方向移動テーブル６が矢印Ｂ方向に移動することから、見た目上、インク塗布ヘッド１５が矢印Ａ方向に移動するように見える。

表面改質手段３０ａは、インク塗布ヘッド１５の前方に配置される第１電極３１ａと、基板９が載置される第２電極３２と、第１及び第２電極３１ａ及び３２に電圧を印加するＲＦ電源とで少なくとも構成される。

ここで第１電極３１ａのＹ方向の幅をｌ（ｍｍ）とし、第１電極３１ａとインク塗布ヘッド１５の間隔をｄ（ｍｍ）とし、第１電極３１ａと基板９の間隔をｈ（ｍｍ）とした場合に、間隔ｈは間隔ｄより十分大きく設定する必要がある。

即ち一例を挙げると、第１電極３１ａの幅ｌを３００ｍｍ、間隔ｈを１０ｍｍと設定して、Ｙ軸方向移動テーブル６を矢印Ｂ方向に１０ｃｍ／ｓｅｃの速度で移動させる場合は、間隔ｄを５０ｍｍとすることが望ましい。

これにより基板９表面上を通過する第１電極３１ａからの放電により、基板表面は平均３秒間表面改質ガスに曝されるので、基板９表面が十分な極性を有する程度に改質される。また間隔ｄ（間隔ｈの５倍）だけ離間配置することで、インク塗布ヘッド１５から噴射されたインクの表面改質ガス雰囲気中への引き込みを防止することができる。尚ここで表面改質ガスとは、例えばＯ_２ガス、ＣＦ_４ガス、ＮＯ_２ガス、ＳＯ_２ガスなどあり、これらは酸化性気体と称する場合もある。

一方塗布されるインクは無極性の溶液であるが、被塗布物である基板９の表面の濡れ性は表面の極性の有無で変化するものである。インクを載せたい部分は電極を形成している材料の部分、つまり無機材料で形成されている領域であり、その他の有機材料で構成されている領域には、インクを載せたくない。すなわち、インクを載せたくない領域である有機膜を疎インク性にする。疎インク性にするために有機膜に極性を付与するが、この極性付与の手段としてＯＨ基を用いる。ＯＨ基を基板９の全面に付着させると、無機材料による膜は親インク性を有したままであるが、有機材料による膜は、親インク性から疎インク性に改質される。すなわち、ＯＨ基を用いることにより、選択的に表面改質を行うことができる。ＯＨ基は大気中でグロー放電することによって発生させることが可能である。大気では必要量が得られない場合には、別にＯ_２を送り込んでＯ_２含有量が多い雰囲気を形成することにより必要なＯＨ基量を確保することができる。

ここで表１、表２を参照して、具体的に表面改質ガスとしてＯ_２ガス又はＣＦ_４ガスを例に説明する。このガスの使い分けは塗布するインクの種類に依存する。表１に示すように、例えば疎水系インクを塗布する場合であって、インクを塗布したくない領域（本実施例において有機系材料領域）の表面改質を行う場合は、表面改質ガスはＯ_２ガスを使用する。これによりインク塗布したくない領域に対してインクが疎水性を示し、インクと塗布したい領域（本実施例において無機材料領域）に対して親水性を示す。同様にして、親水系インクを塗布する場合であって、インクを塗布したくない領域の表面改質を行いたい場合は、表面改質ガスはＣＦ_４ガスとして使用する。

また、表２に示すように、親水系インクを塗布する場合であって、インクを塗布したい領域を表面改質を行いたい場合は、表面改質ガスはＯ_２ガスを使用する。また疎水系インクを塗布する場合であって、インクを塗布したい領域を表面改質を行いたい場合は、表面改質ガスはＣＦ_４ガスを使用する。どちらにしても塗布するインクが無機系材料と親水性を示し、有機系材料と疎水性を示すように作用させることができる。

尚、本実施の形態では、大面積基板を想定しているので、インク塗布ヘッド１５を基板９上で往復移動させてインク塗布を行う必要がある。そこで図２の点線で示したようにインク塗布ヘッド１５を挟んで往復移動方向の反対側の側方にも第１電極３１ｂを更に設ける。このように構成することで、塗布方向が反転した場合にも対応することができる。

このように構成した場合は、インクの塗布方向に応じて起動させる表面改質手段３０ａ，３０ｂを適宜切り替える必要があることから、スイッチＳＷに接続する。つまり第１電極３１ａと第１電極３１ｂはスイッチの出力端に接続し、ＲＦ電源はスイッチの入力端に接続する。

次に、図３を参照して、本発明の実施の形態に係る表面改質手段３０の動作を説明する。図３は、表面改質手段３０、インク塗布ヘッド１５、及び基板９を上面から見た上面図及び上面透視図である。

同図に示すように、基板９の表面には、後に画素となるセルがマトリクス状（ｎ×ｍ）に形成されている。このセルには、図７（ａ）で説明したように、無機系材料が予め塗布されており、このセルの外周には有機系材料からなる外壁が設けられている。

一方、インク塗布ヘッド１５は、６個のヘッドが直線状に配列された構成を有している。これら６個のヘッドから赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の何れかのインクが噴射される。尚、本実施の形態において使用するインクは、顔料に例えばテトラリン（有機溶媒）などを配合した有機溶媒系インクを用いる。

このような構成において、インクジェット塗布装置内にＯ_２ガスを供給し、第１及び第２電極３１ａ及び３２に電圧を印加する。そして第１電極３１ａを基板９の最上段を通過させると、両電極間に発生したグロー放電によりオゾンが発生して、座標（１，１）のセルから順にイオン化される。そして第１電極３１ａの通過により、基板９上の各所は一定時間のオゾン雰囲気に曝され、有機系材料にＯＨ基が付着する。このプラズマ処理後、続いてインク塗布ヘッド１５からインクがセルに対して噴射する。このプラズマ処理とインク塗布の同時平行作業は基板端（ｎ，ｍ）に達するまで行われる。そして基板端に達すると、スイッチを切り替え、第１電極３１ｂを駆動させて、上記工程と同様に今度は矢印Ｃ方向のプラズマ処理及びインク塗布を行う。

以上の動作により、プラズマ処理直後にインク塗布を行うことができるので、インクの接触角が大きい状態でインク塗布を行うことが可能になる。その結果、理想的なインク形状を得ることができるので、発光バラツキを抑え、均一な発光を得ることが可能になる。

また従来、大面積基板にインクを塗布する場合は、塗布開始点（１，１）と塗布終了点（ｎ，ｍ）により距離差があるため、塗布開始点（１，１）と塗布終了点（ｎ，ｍ）ではインク形状に差が生じていたが、本発明によれば、プラズマ処理とインク塗布を連続且つ平行に処理することができるので、ＯＨ基の帯電効果を減少させることなく、理想的なインク形状を有するインク塗布を実現することができる。従って、各セルに対して、同形状のインク塗布を行うことができるので、ディスプレイ化したときに均一な発光を得ることが期待できる。

尚、本発明の表面改質手段３０の構成は、図２の構成に限らず、例えば図５に示すような表面改質手段４０としてもよい。

この表面改質手段４０は、図２に示した表面改質手段３０とほぼ同じ構成を有するが、一対の平行平面電極４１ａ、４２ａを、基板９面に対して垂直に配置させ、図２において設けていた第２電極を設けない点が異なる。このように表面改質手段４０を一対の平行平面電極で構成することにより、従来同様、プラズマ処理後にインクの塗布が行えると共に、第２電極が設けられていないので、基板９に与えるチャージングダメージを低減させることができる。

本発明の実施の形態に係るインクジェット塗布装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るインクジェット塗布装置に具備される表面改質手段の構成図である。 本発明の実施の形態に係るインクジェット塗布装置及び表面改質手段の動作を説明する図（その１）である。 本発明の実施の形態に係るインクジェット塗布装置及び表面改質手段の動作を説明する図（その２）である。 本発明の実施の形態に係るインクジェット塗布装置に具備される表面改質手段の変形例を示す図である。 従来のプラズマ処理装置の構成図である。 プラズマ処理装置を用いた前処理工程を示す図である。 前処理後の時間経過に対するインクの接触角変化を示すグラフである。 前処理から一定時間経過後のインク断面形状を示す図である。

符号の説明

１…インクジェット塗布装置、２…インク塗布ボックス、３…インク補給ボックス、４…架台、５…Ｙ軸方向スライド板、６…Ｙ軸方向移動テーブル、７…Ｘ軸方向移動テーブル、８…基板保持テーブル、９…基板、１０…把持機構、１１…コラム、１２…Ｘ軸方向スライド板、１３…塗布ヘッドユニット、１５…インク塗布ヘッド、１６…上下機構、１７…インクタンク、１８…インク補給タンク、３０…表面改質手段、３１ａ，３１ｂ…第１電極、３２…第２電極、４０…表面改質手段、４１ａ…平行平面電極、１００…プラズマ処理装置、１０１…ＲＦ電極、１０２…接地電極、１０３…真空チャンバー、１０４…基板、１１１…無機系材料、１１２…有機系材料

Claims (4)

1. 基板上に微量のインク液滴を噴射するインク塗布ヘッドを備えたインクジェット塗布装置であって、
   前記インク塗布ヘッドと連動可能に設けられ、前記基板表面に極性を与える表面改質手段を備えることを特徴とするインクジェット塗布装置。
2. 前記表面改質手段は、
   前記インク塗布ヘッドの側方に配置される第１電極と、前記基板が載置される第２電極と、第１及び第２電極に電圧を印加する電源とを少なくとも備え、
   前記第１及び第２電極間に表面改質ガスを供給し、前記第１及び第２電極に一定電圧を印加して電極間をグロー放電し、該基板表面に極性を与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. 前記第１電極と前記インク塗布ヘッドの間隔ｄは、前記第１電極と前記基板の間隔ｈよりも大きい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。
4. 前記表面改質手段は、
   前記基板に対して垂直に配置される一対の平行平面電極と、該平行平面電極間に所定の電圧を印加する電源とを少なくとも備え、
   該平行平面電極間に表面改質が図を供給し、該平行平面基板に一定電圧を印加して電極間をグロー放電し、該基板表面に極性を与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。

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