JP2007229607A

JP2007229607A - 液滴塗布装置及び塗布体の製造方法

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Publication number: JP2007229607A
Application number: JP2006053818A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Sato; 強佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JP5002168B2

Abstract

【課題】被塗布体に塗布された液滴の乾燥を均一に行うことである。
【解決手段】液滴塗布装置は、液体を収容する液室とこの液室に連通される複数のノズルとを有し、ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、ノズルから吐出される液滴が塗布される被塗布体を保持する保持部と、液滴が塗布された被塗布体を乾燥させる乾燥部４と、を備え、乾燥部４は、被塗布体を収容するチャンバー３３と、チャンバー３３内に収容された被塗布体７の上方空間の気体を中央領域と縁部領域との間で循環させる循環手段３５と、チャンバー３３内の気体を吸引する吸引部３７と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、液滴塗布装置及び塗付体の製造方法に関し、特に、ノズルから吐出させた液滴により被塗布体を塗布し、液晶ディスプレイパネルや有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイパネル等の塗布体を製造するために使用する液滴塗布装置及びこの液滴塗布装置を用いた塗布体の製造方法に関する。

下記特許文献１に記載されているように、有機ＥＬディスプレイパネルを製造する際に使用する液滴塗布装置が知られている。

この液滴塗布装置は、高分子発光材料などの着色剤を溶媒に溶解した液体を液滴吐出ヘッドのノズルから液滴として吐出させ、吐出させた液滴により基板の表面を格子状に塗布し、基板表面に塗布した各液滴中の溶媒を蒸発させることにより着色剤の膜を基板上に残留させ、有機ＥＬディスプレイパネルを製造している。

このような有機ＥＬディスプレイの製造過程において、基板上に塗布された液滴中から溶媒を蒸発させるため、図６に示すような乾燥部１００を用いる場合がある。この乾燥部１００は、液滴が塗布された基板１０１を収容するチャンバー１０２と、チャンバー１０２内に収容されたパンチングプレート１０３と、チャンバー１０２内の気体を吸引する真空ポンプ１０４とを備えている。

チャンバー１０２に収容された基板１０１は、支持ピン１０５により支持されている。パンチングプレート１０３は細かい複数の孔が全面に形成されたプレートであり、チャンバー１０２内はパンチングプレート１０３により下側空間１０６と上側空間１０７とに仕切られている。下側空間１０６内には液滴が塗布された基板１０１が配置され、上側空間１０７には真空ポンプ１０４が連通されている。

乾燥部１００における乾燥処理は、以下のように行われる。液滴の塗布が終了した基板１０１を図示しない出し入れ口からチャンバー１０２の下側空間１０６内に収容し、真空ポンプ１０４を駆動させる。真空ポンプ１０４の駆動により、上側空間１０７内の気体がチャンバー１０２外に吸引される。この吸引に伴い、液滴から蒸発した溶媒を含む下側空間１０６内の気体は、パンチングプレート１０３の孔を通過して上側空間１０７内に流入し、上側空間１０７内に流入した後に真空ポンプ１０４により吸引される。

図６において破線で示す矢印は、気体の流れ方向を示している。真空ポンプ１０４の出力は、下側空間１０６からパンチングプレート１０３を通過して上側空間１０７内に向かう気体の流れが、パンチングプレート１０３の全面で略均一に行われる値に設定されている。
特開２００４−３１０７０号公報

しかしながら、上述した乾燥部１００では、以下の点について配慮がなされていない。

液滴が塗布された基板１０１をチャンバー１０２の下側空間１０６内に収容した場合、下側空間１０６内の気体は、チャンバー１０２内に存在する空気と液滴から蒸発した溶媒とが混合された混合気体となる。下側空間１０６内における基板１０１の上方空間の気体中における溶媒の濃度を調べると、図７に示すように、基板１０１の中央領域が高く、縁部領域が低くなっている。

このため、塗布された液滴の乾燥速度は、溶媒濃度が高い混合気体が存在する基板１０１の中央領域では遅くなり、溶媒濃度が低い混合気体が存在する基板１０１の縁部領域では早くなり、乾燥速度のバラツキが生じる。基板１０１上に塗布された液滴の乾燥速度にバラツキが生じると、溶媒が乾燥した後に基板１０１上に残留する着色剤の形状や厚み寸法がバラツキを生じる。一般に、乾燥速度が早い場合には残留する染色剤の膜の外形寸法が小さくなるとともに厚さ寸法が大きくなり、乾燥速度が遅い場合には残留する染色剤の膜の外形寸法が大きくなるとともに厚さ寸法が小さくなる。基板１０１上に残留した着色剤の膜の形状や厚み寸法がバラツキを生じると、着色剤の膜に電圧を印加した場合の発光状態がバラツキを生じ、画像表示品質が低下する。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、被塗布体に塗布された液滴の乾燥を均一に行うことができる液滴塗布装置及びこの液滴塗布装置を用いる塗布体の製造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、液滴塗布装置において、液体を収容する液室とこの液室に連通される複数のノズルとを有し、前記ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記ノズルから吐出される前記液滴が塗布される被塗布体を保持する保持部と、前記液滴が塗布された前記被塗布体を乾燥させる乾燥部と、を備え、前記乾燥部は、前記液滴が塗布された前記被塗布体を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に収容された前記被塗布体の上方空間の気体を前記被塗布体の中央領域と前記被塗布体の縁部領域との間で循環させる循環手段と、前記チャンバー内の気体を吸引する吸引部と、を有することである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、塗付体の製造方法において、液滴を被塗布体に塗布するステップと、液滴が塗布された前記被塗布体をチャンバー内に収容するステップと、前記チャンバー内の前記被塗布体の上方空間の気体を中央領域と縁部領域との間で循環させるステップと、前記チャンバー内の気体を吸引するステップと、を備えることである。

本発明によれば、被塗布体に塗布された液滴の乾燥を均一に行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明の実施の一形態に係る液滴塗布装置１は、基板収容部２と、液滴塗布部３と、乾燥部４と、塗布体収容部５と、搬送部６とを有している。

基板収容部２は、架台８と架台８上に着脱可能に取付けられる収容棚８ａとを有し、着色剤を含む液滴の塗布が行われる前の被塗布体である複数の基板７が収容棚８ａ内に収容される。

液滴塗布部３では、着色剤を含む液体であるインクが液滴（インク滴）として吐出され、吐出されたインク滴が基板７の表面に格子状に塗布される。液滴塗布部３は、図３に示すように、架台９とインク塗布ボックス１０とインク補給ボックス１１とを有し、インク塗布ボックス１０とインク補給ボックス１１とが架台９上に隣接して固定されている。

インク塗布ボックス１０の内部には、３つのインクジェットヘッドユニット１２と、３つのインクジェットヘッドユニット１２を一体にＸ軸方向に移動させるユニット移動機構１３と、基板７を保持してこの基板７をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動させる基板移動機構１４と、ヘッドメンテナンスユニット１５と、３つのインクタンク１６とが収容されている。

ユニット移動機構１３は、架台９の上面に立設された一対の支柱１７と、一対の支柱１７の上端部間に連結されてＸ軸方向に延出するガイド板１８とを有している。ガイド板１８にはベース板１９がＸ軸方向に移動可能に取付けられている。ベース板１９は、送りネジと駆動モータとを用いた送り機構（図示せず）により、Ｘ軸方向に移動可能に設けられている。ガイド板１８には、インクジェットヘッドユニット１２が取付けられている。

基板移動機構１４は、Ｙ軸方向ガイド板２０と、Ｙ軸方向移動テーブル２１と、Ｘ軸方向移動テーブル２２と、保持部である基板保持テーブル２３とを有している。

Ｙ軸方向ガイド板２０は、架台９の上面に固定されている。Ｙ軸方向ガイド板２０の上面には、Ｙ軸方向に延出するガイド溝２０ａが形成されている。

Ｙ軸方向移動テーブル２１の下面には、ガイド溝２０ａに移動可能に係合する凸部（図示せず）が形成されている。Ｙ軸方向移動テーブル２１は、送りネジと駆動モータとを用いた送り機構（図示せず）により、ガイド溝２０ａに沿ってＹ軸方向へ移動可能に設けられている。Ｙ軸方向移動テーブル２１の上面には、Ｘ軸方向に延出するガイド溝２１ａが形成されている。

Ｘ軸方向移動テーブル２２の下面には、ガイド溝２１ａに移動可能に係合する凸部（図示せず）が形成されている。Ｘ軸方向移動テーブル２２は、送りネジと駆動モータとを用いた送り機構（図示せず）により、ガイド溝２１ａに沿ってＸ軸方向へ移動可能に設けられている。

基板保持テーブル２３は、Ｘ軸方向移動テーブル２２の上面に固定されている。基板保持テーブル２３の上面には、基板７が載せ降ろし可能に載置されている。基板保持テーブル２３上に載置された基板７は、吸着機構（図示せず）により吸着されて位置固定に保持されている。なお、基板保持テーブル２３は、Ｘ軸方向移動テーブル２２及びＹ軸方向移動テーブル２１と共にＹ軸方向に移動し、保持した基板７に対してインク滴の塗布を行う位置（図１参照）と、基板保持テーブル２３上に基板７を載せ降ろしする位置（図２参照）とに移動可能である。

インクジェットヘッドユニット１２は、図３に示すように、液滴吐出ヘッドであるインク滴吐出ヘッド２４と、塗布位置に位置する基板７の上面に対して垂直方向（Ｚ軸方向）にインク滴吐出ヘッド２４を移動させるＺ軸方向移動機構１２ａと、インク滴吐出ヘッド２４をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動機構１２ｂと、インク滴吐出ヘッド２４をＺ軸回りの方向であるθ方向に回転させるθ方向回転機構１２ｃとを有している。これらの機構１２ａ〜１２ｃにより、インク滴吐出ヘッド２４は、Ｚ軸方向とＹ軸方向とθ方向とに移動可能とされている。

インク滴吐出ヘッド２４は、図４に示すように、インクタンク１６から供給されるインクを収容する液室である複数のインク室２５と、各インク室２５の壁の一部を形成するダイヤフラム２６と、各インク室２５に対応してダイヤフラム２６に当接する位置に設けられた複数の圧電素子２７と、各インク室２５の壁の一部を形成するノズルプレート２８とを備えている。ノズルプレート２８には、各インク室２５に連通する複数のノズル２９が形成されている。インク滴吐出ヘッド２４では、圧電素子２７に電圧が印加されることにより圧電素子２７が変形し、この変形によりダイヤフラム２６が撓み、ダイヤフラム２６が撓むことによりインク室２５の容積が変化し、この容積変化に伴ってノズル２９から液滴であるインク滴Ｅが吐出される。なお、各インクタンク１６には異なる色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））のインクが収容されており、各インク滴吐出ヘッド２４のノズル２９からは異なる色のインク滴が吐出される。

ヘッドメンテナンスユニット１５では、インク滴吐出ヘッド２４のノズル２９が目詰まりした場合の清掃が行われる。ヘッドメンテナンスユニット１５は、インクジェットヘッドユニット１２のＸ軸方向の移動方向であってＹ軸方向ガイド板２０の側方に配置されている。

架台９の内部には、液滴塗布装置１の各部を制御するための制御ボックス３０が設けられている。この制御ボックス３０からの制御により、ユニット移動機構１３によるインクジェットヘッドユニット１２の移動、基板移動機構１４による基板７の移動、インク滴吐出ヘッド２４からのインク滴の吐出、搬送部６による基板７の搬送、乾燥部４によるインク滴を塗布した基板７の乾燥等が行われる。

インク補給ボックス１１の内部には、複数のインク補給タンク３１が着脱可能に取付けられている。個々のインク補給タンク３１にはそれぞれ異なる色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））のインクが収容されており、個々のインク補給タンク３１は同じ色のインクが収容されているインクタンク１６に補給パイプ３２を介して接続されている。インク補給タンク３１内のインクが無くなった場合、又は、設定量以下となった場合には、新たなインク補給タンク３１に交換する。

乾燥部４では、インク滴が塗布された基板７の乾燥が行われる。乾燥部４は、インク滴が塗布された基板７を収容するチャンバー３３と、チャンバー３３の底部に出没可能に設けられて突出位置で基板７を支持する支持ピン３４と、チャンバー３３内に収容された基板７の上方空間の気体を中央領域と縁部領域との間で循環させる循環手段３５と、チャンバー３３内に収容された基板７及び循環手段３５の上方に配置されたパンチングプレート３６と、チャンバー３３内の気体を吸引する吸引部である真空ポンプ３７とを備えている。

パンチングプレート３６は細かい複数の孔が形成されたプレートであり、チャンバー３３内はパンチングプレート３６により下側空間３８と上側空間３９とに仕切られている。下側空間３８内には基板７と循環手段３５とが収容され、上側空間３９には真空ポンプ３７が連通されている。

循環手段３５は、支持ピン３４により支持されている基板７に対して平行に対向して配置された整流板４０と、整流板４０の上面に固定された複数のファン４１が設けられている。整流板４０の中央部には、この整流板４０の下側の空間と上側の空間とを連通するスリット状の中央孔４２が形成されている。整流板４０の縁部には、この整流板４０の上側の空間と下側の空間とを連通するスリット状の縁部孔４３が形成されている。ファン４１は、図５に示すように、整流板４０の下側の空間の気体を中央孔４２から整流板４０の上側の空間内に吸引し、吸引した気体を縁部孔４３に向けて送風する。縁部孔４３に向けて送風された気体は、縁部孔４３を通って整流板４０の下側の空間内に入り込む。これにより、チャンバー３３内に収容された基板７の上方空間の気体は、図５において実線の矢印で示すように、基板７の中央領域と基板７の縁部領域との間で循環する。

塗布体収容部５は、架台４４と架台４４上に着脱可能に取付けられる収容棚４５とを有し、乾燥部４において乾燥が終了した塗布体である有機ＥＬディスプレイパネル（図示せず）が搬送部６により搬送され、収容棚４５に収容される。

搬送部６は、上下方向に移動可能な昇降軸４６と、昇降軸４６の上端部に連結されて水平面（Ｘ−Ｙ平面）内で回動可能なリンク４７，４８と、リンク４８の先端部に取付けられたアーム４９とを備える。昇降軸４６の昇降とリンク４７，４８の回動とが行われることにより、搬送部６は、基板収容部２の収容棚８ａから基板７を取り出して液滴塗布部３の基板保持テーブル２３上に載置し、及び、基板保持テーブル２３上に保持されているインク滴の塗布が終了した基板７を基板保持テーブル２３から降ろしてチャンバー３３内に収容し、及び、乾燥処理が行われた後の有機ＥＬディスプレイパネル（塗布体）をチャンバー３３内から取り出して収容棚４５内に収容する。

このような構成において、この液滴塗布装置１では、基板収容部２の収容棚８ａに収容されている基板７が搬送部６により取り出され、取り出された基板７は、図２に示すように、基板７を載せ降ろしすることが可能な位置に位置する基板保持テーブル２３上に載置される。

載置された基板７を保持した基板保持テーブル２３は、図１に示すインク滴の塗布が行われる位置に移動し、インク滴吐出ヘッド２４のノズル２９から吐出されるインク滴により基板７が塗布される。

基板７へのインク滴の塗布が終了すると、基板保持テーブル２３は再び図２に示す位置に移動する。基板保持テーブル２３が図２に示す位置に移動した後、基板保持テーブル２３上に保持されている基板７は、搬送部６により基板保持テーブル２３上から降ろされ、乾燥部４のチャンバー３３内に搬送される。チャンバー３３内に搬送されたインク滴が塗付された基板７は、チャンバー３３内で乾燥処理され、塗布体である有機ＥＬディスプレイパネルが製造される。

チャンバー３３内で乾燥処理されて製造された有機ＥＬディスプレイパネルは、搬送部６によりチャンバー３３内から取り出され、塗布体収容部５の収容棚４７内に収容される。

インク滴の塗布が終了した基板７が降ろされた後の基板保持テーブル２３上には、基板収容部２の収容棚８ａに収容されている基板７が搬送部６により取り出され、その基板７が基板保持テーブル２３上に載置され、この基板７に対するインク滴の塗布、乾燥部４での乾燥等が繰り返される。

基板７がチャンバー３３内に搬送される場合は、基板７を保持したアーム４９が基板７と共にチャンバー３３の出し入れ口（図示せず）からチャンバー３３内に入り込む。基板７と共にアーム４９がチャンバー３３内に入り込んだ後、支持ピン３４が上昇して基板７を持ち上げ、基板７をアーム４９から離反させて基板７を支持する。基板７がアーム４９から離反された後、アーム４９はチャンバー３３外に移動し、チャンバー３３の出し入れ口が閉止されてチャンバー３３内が気密状態となり、乾燥部４での乾燥処理が開始される。

乾燥部４での乾燥処理においては、真空ポンプ３７が駆動されるとともにファン４１が駆動される。真空ポンプ３７の駆動とファン４１の駆動とは、開始と終了とのタイミングは異なってもよいが、乾燥処理中は同時に駆動されている。

真空ポンプ３７が駆動されることにより、図５に示すように、上側空間３９内の気体がチャンバー３３外に吸引される。この吸引に伴い、液滴から蒸発した溶媒を含む下側空間３８内の気体は、パンチングプレート３６の孔を通過して上側空間３９内に流入し、上側空間３９内に流入した後に真空ポンプ３７により吸引される。図５に示す破線の矢印は、真空ポンプ３７の駆動による気体の流れ方向を示している。真空ポンプ３７の出力は、下側空間３８からパンチングプレート３６を通過して上側空間３９内に向かう気体の流れが、パンチングプレート３６の全面で略均一に行われる値に設定されている。

一方、ファン４１が駆動されることにより、図５において実線の矢印で示す向きに気体の流れが発生する。この気体の流れは、基板７と整流板４０との間の基板７の上方空間の気体を、基板７の中央領域に位置する中央孔４２から吸引し、縁部孔４３から基板７の縁部側に循環させるものである。

この気体の流れにより、基板７の中央領域に存在する基板７に塗布されたインク滴から蒸発した溶媒の濃度が高い気体が、溶媒濃度の低い基板７の縁部領域に運ばれる。これにより、基板７と整流板４０との間の空間に存在する気体中のインクの溶媒濃度が均一化され、気体中のインクの溶媒濃度のバラツキが原因となるインク滴の乾燥速度のバラツキを抑えることができる。これにより、乾燥部４での乾燥処理を経て製造される有機ＥＬディスプレイパネルにおける染色剤の膜の形状や厚み寸法が均一化され、着色剤の膜に電圧を印加した場合の発光状態のバラツキを防止して画像表示品質の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態では、循環手段３５の一例として、ファン４１を有し、ファン４１を駆動させることにより、インク滴が塗布されてチャンバー３３内に収容された基板７の上方空間の気体を基板７の中央領域と縁部領域との間で強制的に循環させる場合を例に挙げて説明している。しかし、ファン４１を用いずに、真空ポンプ３７の吸引のみを利用して、チャンバー３３内に収容された基板７の上方空間の気体を基板７の中央領域と縁部領域との間で循環させる循環手段を設けてもよい。この場合、例えば、整流板４０を山形状に屈曲し、整流板４０より下側の気体が側部孔４３よりも中央孔４２からより多く上方に吸引される構造とする。すると、基板７の上方空間の側部領域から中央領域へ向かう対流が生じ、チャンバー３３内の基板７の上方空間における気体中のインクの溶媒濃度が基板７の中央領域と縁部領域とにおいて均一化される。

また、本実施の形態では、インク滴を塗布した基板７を乾燥させることにより塗布体として有機ＥＬディスプレイパネルを製造する場合を例に挙げて説明したが、この液滴塗布装置及び塗布体の製造方法は、液晶ディスプイパネルを製造する場合にも適用できるものである。

本発明の一実施の形態に係る液滴塗布装置の概略構成を示す平面図である。図１に示す液滴塗布装置が備える基板保持テーブルを基板を載せ降ろしする位置に移動させた状態を示す平面図である。図１に示す液滴塗布装置が備える液滴塗布部を示す斜視図である。図３に示す液滴塗布部が備えるインク吐出ヘッドの構造を示す断面図である。図１に示す液滴塗布装置が備える乾燥部の構造を示す断面図である。従来例の液滴塗布装置が備える乾燥部の構造を示す断面図である。従来例の乾燥部による乾燥処理時におけるチャンバー内の気体中の溶媒濃度を示すグラフである。

符号の説明

４…乾燥部、７…被塗布体、２３…保持部、２４…液滴吐出ヘッド、２５…液室、２９…ノズル、３３…チャンバー、３５…循環手段、３７…吸引部

Claims

液体を収容する液室とこの液室に連通される複数のノズルとを有し、前記ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、
前記ノズルから吐出される前記液滴が塗布される被塗布体を保持する保持部と、
前記液滴が塗布された前記被塗布体を乾燥させる乾燥部と、
を備え、
前記乾燥部は、
前記液滴が塗布された前記被塗布体を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に収容された前記被塗布体の上方空間の気体を前記被塗布体の中央領域と前記被塗布体の縁部領域との間で循環させる循環手段と、
前記チャンバー内の気体を吸引する吸引部と、
を有することを特徴とする液滴塗布装置。
液滴を被塗布体に塗布するステップと、
液滴が塗布された前記被塗布体をチャンバー内に収容するステップと、
前記チャンバー内の前記被塗布体の上方空間の気体を中央領域と縁部領域との間で循環させるステップと、
前記チャンバー内の気体を吸引するステップと、
を備えることを特徴とする塗布体の製造方法。