JP2007152317A - インクジェット塗布装置及びそのメンテナンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気泡の混入によるインクジェットヘッドの不吐出に対して、かかる気泡の除去、特にインク室の壁面に付いた気泡を除去し不吐出の状態からいち早く回復させることで、溶媒の塗布を常に安定して行うことができるとともに、インクジェット塗布装置を使用した生産工程における生産効率を向上させることができるインクジェット塗布装置及びそのメンテナンス方法を提供することができる。
【解決手段】溶媒を溜めておくインク室３３ａを有するインクジェットヘッド３３と、このインク室３３ａに供給する溶媒に対してインク室３３ａ内部の圧力を変化させる圧力制御部４０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子デバイスの製造の際に用いられるインクジェット塗布装置及びそのメンテナンス方法に関する。

液晶パネル若しくは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルを用いた表示装置等の電子デバイスの製造工程においては、表示装置の発光層やカラーフィルタ層等のように微細なパターニングを行う場合に、インクジェット塗布装置を用いてインクに有機溶媒を含む塗布液（以下、「溶媒」という。）の液滴をインクジェットヘッドに設けられたノズルから基板上に噴射して塗布し、乾燥させて機能層やレジスト層等の膜を形成させることが行われている（特許文献１参照）。

すなわち、インクジェット法により基板上に膜を形成させるときには、このインクジェットヘッドのノズルが基板表面を走査するように、インクジェットヘッドと基板のいずれか一方又は両方を相対的に移動させることにより、基板上の所定領域に液滴を噴射して塗布している。

インクジェット塗布装置においては、インクジェットヘッドに溶媒を充填する際に、常圧で送液していることから溶媒に気泡が混入する場合がある。この気泡が混入すると、気泡と溶媒が共に流れてインクジェットヘッド内に設けられた溶媒を溜めておくインク室に滞留或いは内壁に付着する。気泡がインク室に滞留する或いは内壁に付着すると、溶媒に圧電素子を用いて圧力をかけても気泡によって圧力が吸収されてしまい、溶媒をインクジェットノズルから噴射させることが困難となる。

そこで、このような気泡を除去する方法として、例えば、インク室内部の溶媒を加圧してインク室内部に溶媒の流れを発生させることにより気泡を除去する方法（以下、「第１の方法」という。）や、インクジェットヘッドノズルの先端から真空引きで溶媒を吸引し、インク室内部に溶媒の流れを発生させることにより気泡を除去する方法（以下、「第２の方法」という。）を挙げることができる。
特開２００４−１１１０７４号公報

しかしながら、第１の方法の場合、気泡がインク室内部のどの位置に存在するかによって効果が異なることが多い。すなわち、例えば、気泡がインク室内部の中央部に存在している場合は、溶媒の流れが発生することで気泡がこの流れに乗るため除去し易い。一方で、インク室内部の壁面に存在している気泡については、溶媒の流れが生じない淀んだ領域に存在することが多く、また、インク室内部の壁面における表面粗さが粗いと気泡と壁面との摩擦力が大きくなることから、加圧し、溶媒の流れを発生させただけでは気泡を除去することは困難な場合が生じる。

また、第２の方法の場合、真空引きをすることによりインク室内部の圧力が下がり壁面の気泡は大きくなる。そのため、溶媒の流れに乗りインクジェットヘッドノズルから吸引される可能性が高くなるものの、気泡と壁面との関係によっては気泡が壁面から離れず不吐出の状態を解消するには至らない場合もある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、気泡の混入によるインクジェットヘッドの不吐出に対して、かかる気泡の除去、特にインク室の壁面に付いた気泡を除去し不吐出の状態からいち早く回復させることで、溶媒の塗布を常に安定して行うことができるとともに、インクジェット塗布装置を使用した生産工程における生産効率を向上させることができるインクジェット塗布装置及びそのメンテナンス方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、インクジェット塗布装置において、溶媒を溜めておくインク室３３ａを有するインクジェットヘッドと、インクジェットヘッド内のインク室３３ａに供給する溶媒に対してインク室３３ａ内部の圧力を変化させる圧力制御部とを備える。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、インクジェット塗布装置のメンテナンス方法において、溶媒を溜めておくインク室３３ａを有するインクジェットヘッドに供給する溶媒に対して加圧を行うステップと、溶媒に対して行われる前記加圧ステップに連続して前記溶媒に対して減圧を行うステップとを備える。

本発明によれば、気泡の混入によるインクジェットヘッドの不吐出に対して、かかる気泡の除去、特にインク室の壁面に付いた気泡を除去し不吐出の状態からいち早く回復させることで、溶媒の塗布を常に安定して行うことができるとともに、インクジェット塗布装置を使用した生産工程における生産効率を向上させることができるインクジェット塗布装置及びそのメンテナンス方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係るインクジェット塗布装置１は、インクジェット塗布を行う作業面を有するベース２と、ノズルから溶媒の液滴を噴射するインクジェットヘッドを用いて基板Ｓに溶媒を塗布する塗布部３と、常に安定して溶媒の液滴を噴射する状態にインクジェットヘッドのノズルを維持するメンテナンスエリア４とを備えている。

塗布部３は、ベース２上に設けられ、溶媒を塗布する基板Ｓを保持するステージ３１がほぼ水平に配置されている。このステージ３１は、前記ベース２の上面に設けられたＸテーブル３１ａ、Ｙテーブル３１ｂ、θテーブル３１ｃによって水平面内を水平方向に移動、或いは、垂直方向を回転軸として回動可能に支持されている。

このステージ３１を跨ぐように、門型の支持体５ａ、５ｂがベース２の上面からほぼ垂直に立設されている。さらにこの支持体５ａ、５ｂは連結部材６によって連結されている。連結部材６には、メンテナンスエリア４が取り付けられており、連結部材６内に設けられた図示しない駆動部により（−Ｙ）−（Ｙ）方向及び（−Ｚ）−（Ｚ）方向に移動可能とされている。

この支持体５ａにおけるステージ３１の直上に当たる位置にはインクジェットヘッド駆動装置３２が取り付けられており、垂直方向に移動可能にされている。このインクジェットヘッド駆動装置３２の下端部に、インクジェットヘッド３３が設けられている。さらにこのインクジェットヘッド３３の下端部には、溶媒の液滴を噴射するノズルが設けられたノズルプレート３４が、ステージ３１に向けて取り付けられている。

図２（ａ）に示すように、インクジェットヘッド３３の下端部に取り付けられているノズルプレート３４において、その下方に向けられたノズル面３５には複数の溶媒吐出用ノズル３６が下方に向けて一定の間隔を隔てて直列に設けられている（図２（ｂ）参照）。なお、溶媒吐出用ノズル３６の個数は、製造される基板に形成されたパネルの配置によって自由に定めることができる。

図２（ａ）においてノズルプレート３４の一部を切り欠いて示すように、インクジェットヘッド３３内にはインク室３３ａが設けられており、この部分に溶媒供給タンク７から溶媒が供給される。なお、図２（ａ）では、説明の便宜上溶媒吐出用ノズル３６ごとに設けられているインク室３３ａのうち、一つだけを表わしている。

このインク室３３ａには、例えば、液晶ディスプレイパネルのカラーフィルタの着色膜や有機ＥＬパネルの発光膜を当該インクジェット塗布装置１によって形成する場合には、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ３色のそれぞれに対応する色のインクが蓄えられる。また、溶媒の液面の高さを適切に調節してインクジェットヘッド３３のノズルプレート３４における溶媒の液圧を所定の負圧に維持するために、溶媒供給タンク７はベース２の上に設けられた図示しない駆動機構によって昇降可能に支持されている。

ノズルプレート３４からの基板Ｓに対するインク又は溶媒の吐出方法としては、例えば、コントローラによりインクジェットヘッド３３内部に設けられたピエゾ素子３３ｂを駆動してインク室３３ａから溶媒を吐出させる方法を挙げることができる。インクジェットヘッド３３では、各吐出用ノズルから下方に溶媒を噴射させることにより、インクジェットヘッド３３の下方に位置するステージ３１に保持された基板Ｓの上面に溶媒を塗布する。

メンテナンスエリア４は、インクジェットヘッド３３の乾燥を防止し、不吐出等の不具合が発生した場合にメンテナンスを行うエリアであり、メンテナンス時には連結部材６内に設けられた図示しない駆動部によりインクジェットヘッド３３の直下に移動する。

ベース２の上面に設けられた上述の各部材を覆ってインクジェット塗布を行う空間を所定の雰囲気に保持するために、インク塗布ボックス８が設けられている。なお、図１ではインクジェット塗布装置１の内部を明示するために、インク塗布ボックス８の一部を一点鎖線で表示している。

次に、メンテナンスエリア４におけるインクジェットヘッド３３の不吐出状態からの回復方法について図３ないし図７を用いて説明する。

まず、インクジェットヘッド３３のメンテナンスを行う場合、インクジェットヘッド３３をＺ方向に上昇させてメンテナンスエリア４がインクジェットヘッド３３の直下に移動可能となるスペースを作る。次に、これまでインクジェットヘッド３３の直下にあったステージ３１は、例えば、図１においては支持体５ａに隠れて見えないが、支持体５の斜め後方に一時的に待避する。その後、メンテナンスエリア４は連結部材６内に設けられた図示しない駆動部によりＹ方向に移動し、インクジェットヘッド３３との関係で適切な位置に移動する。

図３に示すように、インクジェットヘッド３３の不吐出状態からの回復を行うためには、インクジェット塗布装置１に設けられている圧力制御部４０を用いてインクジェットヘッド３３内に設けられているインク室３３ａ内部の溶媒に加圧、減圧を連続して与える。なお、ここで減圧とは、溶媒に対して加圧後に大気開放を行うことによって溶媒に加えた圧力を減らすことを指す。

すなわち、インクジェットヘッド３３に供給される溶媒を溶媒供給タンク７からインクジェットヘッド３３に送るために用いられる空気に加圧を行い圧搾空気とする加圧機構４１、溶媒供給タンク７、溶媒を一時的に溜めておくバッファ用タンク４２、インクジェットヘッド３３、溶媒回収タンク４３、これらの構成部材を結び溶媒を送る配管４４、及び配管４４の中途部分に設けられるバルブ４５から構成される。

加圧機構４１によって加圧された圧搾空気が、配管４４ａを介して溶媒が貯蔵されている溶媒供給タンク７の液面に圧力をかける。配管４４ａの途中にはバルブ４５ａが設けられており、このバルブ４５ａを開くと溶媒供給タンク７の液面に圧力がかかり、閉まると新たな圧搾空気が加圧機構４１から供給されないため、既にかかっている圧力が維持される。

溶媒供給タンク７には配管４４ｂが接続されており、圧搾空気により液面が加圧されることで溶媒が充填される。配管４４ｂの途中にはバルブ４５ｂが設けられており、このバルブ４５ｂを閉じておくと溶媒はバッファ用タンク４２に供給されない。バルブ４５ｂの先にはフィルタ４６が設けられており、溶媒に含まれている不純物等を取り除く。フィルタ４６による濾過を経た溶媒は配管４４ｃ内を通ってバッファ用タンク４２に一旦貯蔵される。

バッファ用タンク４２には、配管４４ｄ及びバルブ４５ｃが接続されており、バルブ４５ｃが閉じた状態のまま配管４４ｃを通じて溶媒が供給されるとバッファ用タンク４２内の圧力が高まり、それにより配管４４ｅを介して溶媒がインクジェットヘッド３３内のインク室３３ａに一定圧力で供給されることになる。

インクジェットヘッド３３には、その途中にバルブ４５ｄが設けられている配管４４ｆが接続され、配管４４ｆはさらに溶媒回収タンク４３に接続されている。また、インクジェットヘッド３３から吐出された溶媒のうち、基板Ｓの外に塗布された溶媒は、インクジェットヘッド３３の直下にある受け皿４７に溜まるようにされている。受け皿４７は、メンテナンスエリア４の一部に設けられるとともに、受け皿４７にはバルブ４５ｅが設けられている配管４４ｇが接続され、配管４４ｇはさらに溶媒回収タンク４３に接続されている。

溶媒回収タンク４３には配管４４ｈが接続されており、その一端はバルブ４５ｆを介して図示しない真空装置に接続されている。この配管４４ｈの途中に設けられたバルブ４５ｆを開放し、さらにバルブ４４ｅを開放して図示しない真空装置によって吸引されると、受け皿４７に溜まった溶媒は一旦溶媒回収タンク４３に集められ、その後配管４４ｈを介して排出される。

なお、この図示しない真空装置を利用してインクジェットヘッド３３内の気泡を除去することも考えられなくはないが、真空引きを行うと複数の溶媒吐出用ノズル３６から外気を吸い込み、インク室３３ａ内に新たな気泡を生じさせることになる。そのため、本発明の実施の形態では図示しない真空装置は、溶媒回収タンク４３に集められた溶媒を排出するために利用される。

バルブ４５ａないし４４ｄは、図４のブロック図に示すようなバルブ制御部４８と電気的に接続されている。すなわち、バルブ制御部４８は、インクジェットヘッド３３の不吐出の状態から回復させるために各バルブの開閉を行う。バルブ制御部４８は、各種演算や制御を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）４８ａ、メンテナンス等の情報を格納するＲＯＭ(Read Only Memory)４８ｂ、各種情報を書き換え自在に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）４８ｃ及びＣＰＵ４８ａからの指示でＲＯＭ４８ｂ、ＲＡＭ４８ｃに格納されている情報を参照してバルブ４５に開閉の指示を出すシーケンサ４８ｄで構成される。ＲＡＭ４８ｃは、可変的な情報を書き換え自在に格納する機能を利用して、各種ワークエリアとしての機能を果たす。

インクジェットヘッド３３の不吐出状態からの回復は、上述した各構成部材を用いて図５に示す手順によって行われる。図５においては、各列にそれぞれバルブ４５ａ（Ｖ１）、４４ｂ（Ｖ２）、４４ｃ（Ｖ３）、４４ｄ（Ｖ４）の状態を示しており、図５内に記載されている○はバルブ開放、×はバルブ閉鎖の各状態を意味する。また、各行は回復手順を上から下に向けて順に表わしたものであり、ステップ０（ＳＴ０）からステップｎ（ＳＴｎ）までの各バルブの開閉状態が表わされている。

まずバルブ４５ｃ（Ｖ３）のみを開放して初期状態とする（ＳＴ０）。この状態では、バルブ４５ａ（Ｖ１）、バルブ４５ｂ（Ｖ２）ともに閉鎖されているため、配管４４ａないし４３ｅのいずれの配管にも圧力はかからない。従って、塗布を行う際には配管４４ｂ、４３ｃ、４３ｅに充填されていた溶媒がそれぞれ、配管４４ｂの溶媒は溶媒供給タンク７へ、配管４４ｃ及び配管４４ｅ内に充填されていた溶媒はバッファ用タンク４２へ戻ることになる。

次に、バルブ４５ｃ（Ｖ３）を閉鎖し、バルブ４５ａ（Ｖ１）を開放する（ＳＴ１）。バルブ４５ｂ（Ｖ２）は閉鎖したままである。これにより、加圧機構４１によって加圧された空気によって配管４４ａを介して溶媒供給タンク７に貯蔵されている溶媒に圧力が掛けられる。圧力のかかった溶媒は、配管４４ｂ内を充填していくが、バルブ４５ｂ（Ｖ２）は閉鎖されたままであることから、バルブ４５ｂ（Ｖ２）の手前で止まる。

そして、バルブ４５ａ（Ｖ１）及びバルブ４５ｃ（Ｖ３）はそのままの状態で、バルブ４５ｂ（Ｖ２）を開放する（ＳＴ２）。溶媒は配管４４ｂ内を充填していたので、バルブ４５ｂ（Ｖ２）が開放されることにより、フィルタ４６を通り配管４４ｃを満たしながらバッファ用タンク４２に入る。一方、バッファ用タンク４２に接続されている配管４４ｄに設けられているバルブ４５ｃ（Ｖ３）は閉鎖されているためバッファ用タンク４２に溶媒が満たされていくにつれてバッファ用タンク４２内の圧力が高まり、この圧力に押し出されるようにして溶媒が配管４４ｅ内を満たす。このように各バルブの開閉を制御することで、インクジェットヘッド３３に溶媒が供給される。

次に、バルブ４５ａ（Ｖ１）はそのままでバルブ４５ｂ（Ｖ２）を閉鎖し、バルブ４５ｃ（Ｖ３）を大気開放する（ＳＴ３）。配管４４ａを介して圧搾空気が溶媒供給タンク７内の溶媒に対して圧力をかけているが、バルブ４５ｂ（Ｖ２）を閉鎖していることから溶媒は配管４４ｂにおいて止まり、バルブ４５ｂ（Ｖ２）から先へは供給されない。また、バルブ４５ｃ（Ｖ３）を大気開放したことから、インクジェットヘッド３３内に設けられているインク室３３ａ内部の圧力は下がることになり、インクジェットヘッド３３に供給されていた溶媒は配管４４ｅを介してバッファ用タンク４２に戻ることになる。また、配管４４ｃ内に充填されていた溶媒もこれまでかかっていた圧力がなくなったため、バッファ用タンク４２内に流入する。

本発明の実施の形態においては、このステップ２及びステップ３を交互に連続して行う。但し、この両ステップを繰り返し行う回数は、インクジェットヘッド３３の不吐出の状態を見て任意に定めることができる。図５においては、最終的に初期状態に戻すまでの手順の回数をｎ回としており、従って最後に行われるステップ２は（ｎ−２）回目、ステップ３は（ｎ−１）回目となる。

インクジェットヘッド３３内に設けられたインク室３３ａ内部の溶媒に対して繰り返し加圧及び減圧を行った結果、インクジェットヘッド３３の不吐出が解消され、各吐出用ノズルから溶媒が吐出されるように正常な状態に回復した場合は、バルブ４５ｃ（Ｖ３）のみを開放し改めて初期状態に戻して（ＳＴｎ）不吐出状態からの回復手順は終了する。実際に不吐出の状態から回復したか否かは、例えば、メンテナンスエリア４において試し刷りを行ったり、或いは、基板Ｓの代わりとなるガラスに塗布し、その結果を画像処理等によりチェックする等の方法により確認される。

これまでの手順を時間毎にバルブの開閉状態をタイムチャートに表わして見てみると、図６の通りである。すなわち、横軸に時間をとり、縦軸には上から順にバルブ４５ａ（Ｖ１）からバルブ４５ｄ（Ｖ４）までの開閉状態を示している。各バルブの開閉状態は、２段階の高さによって表わし、低い位置にあるときは閉鎖状態、高い位置にあるときは開放状態であることを示す。例えば、バルブ４５ａ（Ｖ１）は最初閉鎖状態にあるが、その後開放状態になりその状態が持続する。バルブ４５ｂ（Ｖ２）とバルブ４５ｃ（Ｖ３）は、一方が開放状態の場合は他方は閉鎖状態となるようにバルブ制御部４８によって制御され、交互に開閉状態を繰り返す。なお、バルブ４５ｄ（Ｖ４）は閉鎖されたままである。

バルブ４５ｂ（Ｖ２）とバルブ４５ｃ（Ｖ３）が交互に連続して開閉状態を繰り返している場合におけるインク室３３ａ内の圧力の変化は、図７に示すような横軸に時間をとり、縦軸に圧力をとったグラフとして現わすことができる。インク室３３ａ内にかかる圧力が時間と共に変化しないとすると、図７のようにほぼ同じ波形が現われる。そのうちの１周期分Ｔを例にとって説明する。

まず、ステップ２においてバルブ４５ｂ（Ｖ２）が開放されバルブ４５ｃ（Ｖ３）が閉鎖されることにより加圧されると、インク室３３ａ内部の圧力は急激に高くなる。その後バルブ４５ｂ（Ｖ２）が閉鎖され、この圧力が高いまま維持される。バルブ４５ｂ（Ｖ２）が閉鎖され、さらにバルブ４５ｃ（Ｖ３）がステップ３において大気開放されると、インク室３３ａ内部の圧力は急激に低下する。但し、インク室３３ａ内部の圧力が零になってしまうことはなく、バルブ４５ｃ（Ｖ３）が閉鎖された後、再度バルブ４５ｂ（Ｖ２）が開放されステップ２及びステップ３が繰り返し行われる。

図６及び図７に現われているように、バルブ４５ｂ（Ｖ２）とバルブ４５ｃ（Ｖ３）の開閉動作とインク室３３ａ内部の圧力の変化にずれが生じるのは、バルブ４５ｂ（Ｖ２）とバルブ４５ｃ（Ｖ３）の開閉は電気的に行うことが可能であり、「開」或いは「閉」のいずれかの状態しかないのに対して、インク室３３ａ内部の圧力変化はバルブの開閉に即座に追随することができないからである。なお、インク室３３ａ内部の圧力は、例えば、１周期およそ３秒程度で変化する。

このようにして、インクジェットヘッド３３内に設けられているインク室３３ａ内に貯蔵されている溶媒に対して加圧と減圧を繰り返すことにより、インク室３３ａ内の壁面に付着した気泡を動かし除去することで、気泡の混入によるインクジェットヘッドの不吐出の状態からいち早く回復させることが可能となる。従って、溶媒の塗布を常に安定して行うことができるとともに、インクジェット塗布装置を使用した生産工程における生産効率を向上させることができる。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能である。

本発明の実施の形態に係るインクジェット塗布装置の概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係るインクジェットヘッドの模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 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におけるインクジェットヘッドの不吐出状態からの回復を行うための回復部を説明するための説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係るバルブの開閉を制御する制御部示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る不吐出からの回復手順における各バルブの開閉状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る各バルブの開閉状態を示すタイムチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係るインク室３３ａ内部の圧力変化を示す図である。

符号の説明

１…インクジェット塗布装置、２…ベース、３…塗布部、４…メンテナンスエリア、５…支持体、６…連結部材、７…溶媒供給タンク、８……インク塗布ボックス、３１…ステージ、３２…インクジェットヘッド駆動装置、３３…インクジェットヘッド、３３ａ…インク室、３４…ノズルプレート、３５…ノズル面、３６…溶媒吐出用ノズル、４０…圧力制御部、４１…加圧機構、４２…バッファ用タンク、４３…溶媒回収タンク、４４…配管、４５…バルブ、４６…フィルタ、４７…受け皿、４８…バルブ制御部

Claims (3)

1. 溶媒を溜めておくインク室を有するインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッド内のインク室に供給する溶媒に対して前記インク室内部の圧力を変化させる圧力制御部と、
   を備えることを特徴とするインクジェット塗布装置。
2. 前記圧力制御部は、前記インクジェットヘッド内のインク室に供給する溶媒に対して加圧と減圧を連続して行うことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット塗布装置。
3. 溶媒を溜めておくインク室を有するインクジェットヘッドに供給する溶媒に対して加圧を行うステップと、
   前記溶媒に対して行われる前記加圧ステップに連続して前記溶媒に対して減圧を行うステップと、
   を備えることを特徴とするインクジェット塗布装置のメンテナンス方法。

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