JP2007320063A

JP2007320063A - 印刷装置及び印刷方法

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Publication number: JP2007320063A
Application number: JP2006149830A
Authority: JP
Inventors: Hideo Takei; 日出夫竹井; Susumu Sakio; 進崎尾
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: JP4800113B2

Abstract

【課題】印刷精度が高い印刷装置及び印刷方法を提供する。
【解決手段】本発明の印刷装置１はＸ線発生源４０のような除電手段を有しており、印刷対象物５の表面にＸ線発生源４０からＸ線を照射すると、印刷対象物５の表面近傍で気体がイオン化し、印刷対象物５が除電される。表面に絶縁性物質が露出した印刷対象物５を、乾燥雰囲気で印刷処理する場合であっても、インクが吐出する前に、印刷対象物５を除電しておけば、ノズル１６ａ、１６ｂから吐出されたインクが印刷対象物５の電荷の影響を受けないので、インクを所望の位置に正確に着弾させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は印刷装置と印刷方法の技術分野に関する。

従来より、ノズルよりインクの液滴を印刷対象物に吐出する印刷装置（インクジェットプリンタ）は広く用いられている。

このような印刷装置は、インクの液滴を所望位置に着弾させることで、リソグラフィー工程を要さずに所望形状の膜を形成することができるので、近年、有機半導体膜や、有機発光膜の成膜等種々の分野で利用されている。

しかしながら、上記印刷方法では、印刷対象物が帯電したり、印刷対象物の表面電位にばらつきがあると、インクの液滴にクーロン力が働いて、液滴の着弾位置が逸れ、膜の形成位置や形状の精度が低下するという問題がある。

特に、インクの劣化を防止するために、大気が排気され、清浄な乾燥ガス（例えば乾燥窒素ガス）が供給された乾燥ガス雰囲気で印刷を行うと、印刷対象物がガラス基板のような絶縁性基板の場合には、該雰囲気中で搬送される時だけでなく、該雰囲気中に放置されるだけ絶縁性基板が数ＫＶにも帯電する。
特開平８−５５６９３号公報特開平５−３１２９９８号公報

本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は印刷対象物を除電して印刷精度を上げることにある。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、印刷対象物を載置可能な載置台と、複数のノズルが設けられ、前記ノズルからインクが吐出可能な印刷ヘッドと、Ｘ線を放射するＸ線発生源とを有し、前記印刷ヘッドは前記載置台に向けられたノズルを有し、前記ノズルから吐出されるインクは、前記載置台上の前記印刷対象物表面に塗布されるように構成され、前記Ｘ線発生源は前記載置台よりも上方に配置され、前記載置台上の前記印刷対象物表面に前記Ｘ線が照射されるように構成され、前記載置台上に配置された前記印刷対象物は前記Ｘ線が照射されて除電されるように構成された印刷装置である。
請求項２記載の発明は、印刷対象物を載置可能な載置台と、複数のノズルが設けられ、前記ノズルからインクが吐出可能な印刷ヘッドと、電離した気体を放出するイオナイザーとを有し、前記印刷ヘッドは前記載置台上に配置され、前記ノズルから吐出されるインクは、前記載置台上の前記印刷対象物表面に塗布されるように構成され、前記イオナイザーは、前記載置台上の前記印刷対象物表面に前記電離された気体を吹き付ける位置に配置され、前記載置台上に配置された前記印刷対象物は前記電離した気体が吹き付けられて除電されるように構成された印刷装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の印刷装置であって、前記載置台上に配置された前記印刷対象物表面の電位を測定する表面電位センサーを有する印刷装置である。
請求項４記載の発明は、印刷対象物上のノズルから、前記印刷対象物表面に向かってインクを吐出し、前記印刷対象物表面に前記インクを塗布する印刷方法であって、前記インクを塗布する前に、前記印刷対象物の表面を除電する印刷方法である。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の印刷方法であって、印刷室の内部に前記印刷対象物を搬入し、前記印刷室内部に配置された載置台上に前記印刷対象物を配置した後、前記インクの塗布を開始する前に、前記除電を行う印刷方法である。
請求項６記載の発明は、請求項４記載の印刷方法であって、前記印刷対象物の表面電位を測定し、前記表面電位が設定値を越えた時に前記除電を行う印刷方法である。
請求項７記載の発明は、請求項４乃至請求項６のいずれか１項記載の印刷方法であって、前記除電は、前記印刷対象物の表面にＸ線を照射する印刷方法である。
請求項８記載の発明は、請求項４乃至請求項６のいずれか１項記載の印刷方法であって、前記除電は、前記印刷対象物の表面に電離した気体を吹きつける印刷方法である。

本発明は上記のように構成されており、本発明の印刷装置は、Ｘ線発生源又はイオナイザーのような除電手段を有している。
除電手段がＸ線発生源の場合は、印刷装置の周囲にＸ線が漏れないように、Ｘ線遮蔽性のある印刷室の内部に印刷装置を配置することが好ましい。

有機半導体膜や、有機発光膜の成膜に用いられるインクは、有機半導体材料や有機発光材料のように、水や酸素で容易に劣化する有機材料が含有されている。水や酸素で劣化しやすい物質がインクに含有される場合には、天井や壁面が気密な印刷室内に印刷装置を配置して大気から遮断し、印刷室内に酸素や水分が除去された乾燥雰囲気を形成して、その乾燥雰囲気でインクの塗布を行うことが望ましい。

本発明によれば、インクが印刷対象物表面に塗布される前に、印刷対象物表面が除電されており、インクの液滴の塗布位置がずれないので、印刷精度が高くなる。印刷対象物を加熱すると表面電位のばらつきが大きくなるが、予め除電してからインクの塗布を行えば、印刷対象物を加熱する場合であっても印刷精度が高くなる

図１の符号１は本発明の印刷装置１の一例を示しており、印刷装置１は印刷室２内に配置されている。
印刷装置１は印刷室２の底壁上に配置された載置台２０を有しており、載置台２０上にはヘッド保持体２３ａ、２３ｂが配置されている。図２は載置台２０とヘッド保持体２３ａ、２３ｂとの位置関係を示す模式的な平面図であり、載置台２０上にはＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ伸びるガイドレール２１₁、２１₂、２２₁〜２２₄が配置されている。

Ｘ軸方向のガイドレール２２₁〜２２₄は、Ｙ軸方向のガイドレール２１₁、２１₂に、それに沿って移動可能に取りつけられており、また、ヘッド保持体２３ａ、２３ｂはＸ軸方向のガイドレール２２₁〜２２₄に、そのガイドレール２２₁〜２２₄に沿って移動可能に取りつけられている。Ｘ軸方向のガイドレール２２₁〜２２₄を移動させ、その間隔を変更すると、ヘッド保持体２３ａ、２３ｂがＸ軸及びＹ軸と成す角度が変わる。

ヘッド保持体２３ａ、２３ｂには、複数の印刷ヘッド１５ａ、１５ｂがそれぞれ取りつけられている。ここでは、ヘッド保持体２３ａ、２３ｂは二個であり、複数の印刷ヘッド１５ａ、１５ｂが千鳥状に取りつけられているが、本発明はそれに限定されない。

ヘッド保持体２３ａ、２３ｂは印刷ヘッド１５ａ、１５ｂが、載置台２０上に配置された印刷対象物５よりも高い位置に位置するように配置されており、従って、ヘッド保持体２３ａ、２３ｂをＸ軸方向のガイドレール２２₁〜２２₄に沿って移動させれば、印刷ヘッド１５ａ、１５ｂを印刷対象物５に接触せずに、印刷対象物５上を通過させることができる。

各印刷ヘッド１５ａ、１５ｂには、ノズル１６ａ、１６ｂがそれぞれ複数個列設されており、インク供給系１９から印刷ヘッド１５ａ、１５ｂに供給されたインクはノズル１６ａ、１６ｂから吐出される。
隣接するノズル１６ａ、１６ｂの間隔は一定であるが、所定の印刷位置にインクを着弾させる場合、印刷位置の間隔がノズルの間隔と異なっていても、ヘッド保持体２３ａ、２３ｂがＸ軸及びＹ軸と成す角度を変えれば、印刷対象物５のＸ軸方向Ｙ軸方向に対するノズル１６ａ、１６ｂの間隔を変更できるため、例えばノズル１６ａ、１６ｂのＹ軸方向の間隔を印刷対象物のＹ軸方向の印刷位置に適合させ、Ｘ軸方向に移動させると、各印刷位置にインクを着弾させることができる。

次に、この印刷装置１を用いて印刷対象物５表面にインクを塗布する印刷方法について説明する。
印刷室２には排気系９と、ガス供給系８が接続されており、排気系９を動作させて印刷室２内部の気体を室外に排出すると共に、ガス供給系８を動作させて、印刷室２内部に乾燥ガスを供給し、印刷室２内部に乾燥雰囲気を形成する。

印刷室２の側壁には不図示の搬出入口が設けられており、印刷室２内部の乾燥雰囲気を維持しながら、搬出入口に不図示の搬送装置を気密に接続する。搬送装置内には、印刷対象物が収容されており、印刷対象物を搬出入口から印刷室２内に搬入し、載置台２０上に配置する。

図３を参照し、印刷対象物５は、例えば有機ＥＬ素子の仕掛品であって、基板５１と、基板５１上に配置された透明電極膜５２と、透明電極膜５２上に配置された絶縁層５６とを有している。

絶縁層５６には複数の開口５５が形成されており、開口５５の底面には透明電極膜５２が露出され、開口５５外部の表面には絶縁層５６が露出されている。例えば、絶縁層５６は二酸化ケイ素のような物質である。印刷室２の内部は乾燥雰囲気が維持されており、表面に絶縁層５６が露出する印刷対象物５は搬入や、載置台２０上に乗せるときに帯電する。

印刷室２内のヘッド保持体２３ａ、２３ｂの移動範囲よりも外側の位置には、Ｘ線発生源４０が配置されている。Ｘ線発生源４０は、Ｘ線を放出する窓部を載置台２０側に向けた状態で、載置台２０よりも高い位置に位置しており、ヘッド保持体２３ａ、２３ｂを印刷対象物５上方よりも外側であって、印刷対象物５表面にＸ線の影ができない退避位置に移動させ、Ｘ線発生源４０からＸ線を放出させると、印刷対象物５表面近傍にＸ線が照射される。

Ｘ線が照射されると、印刷対象物５上で気体（ここでは乾燥ガス）が電離し、＋イオンと−イオンが生成され、印刷対象物５の荷電が中和され、除電される。
Ｘ線の照射を所定時間行い、ヘッド保持体２３ａ、２３ｂを退避位置から、印刷対象物５上に戻す。

この印刷対象物では各開口５５がインクを着弾させる印刷位置であり、ノズル１６ａ、１６ｂの間隔を、開口５５の間隔に適合させ、Ｘ軸方向に移動させながら、開口５５に向けてインクを吐出する。

印刷対象物５は除電されているので、インクは静電気力の影響を受けず、開口５５底面に正確に着弾し、開口５５内に有機層が形成される。尚、インクの吐出はヘッド保持体２３ａ、２３ｂを移動させながら行ってもよいし、ノズル１６ａ、１６ｂが開口５５の真上に位置する場所でヘッド保持体２３ａ、２３ｂを静止させてから行ってもよい。

各開口５５内にインクが塗布され、印刷が終了したところで、印刷対象物５を載置台２０から持ち上げ、搬出入口から搬送装置に戻す。尚、インクは、例えば有機発光材料や有機半導体材料のような有機材料を含有しており、これら有機材料は酸素や水分で化学的に劣化されやすいが、印刷対象物５を搬入する工程から、印刷終了後、搬送装置に戻す工程までの間、印刷室２内の乾燥雰囲気を維持すれば、インク中の有機材料が吐出中も塗布後も劣化しない。

以上は、印刷を開始する前に除電を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、印刷対象物５の表面電位を測定しながら印刷を行い、必要に応じて除電を行ってもよい。

具体的には、図１、２に示すように、表面電位センサー７をヘッド保持体２３ａ、２３ｂに取り付けておく。
ここでは、一方のヘッド保持体２３ａの表面電位センサー７と、そのヘッド保持体２３ａの印刷ヘッド１５ａと、他方のヘッド保持体２３ｂの印刷ヘッド１５ｂと、そのヘッド保持体２３ｂの表面電位センサー７ｂはＸ軸方向に沿って記載した順番に並んでいる。従って、表面電位センサー７ａ、７ｂは印刷ヘッド１５ａ、１５ｂの移動方向両側に位置しており、ヘッド保持体２３ａ、２３ｂがＸ軸方向に往動する時も、Ｘ軸方向に復動する時も、印刷ヘッド１５ａ、１５ｂよりも先に表面電位センサー７ａ、７ｂが印刷対象物５上を移動する。従って、インクが着弾する前の印刷対象物５の表面電位を測定可能になっている。

印刷室２の外部には制御系２９が配置されている。各表面電位センサー７ａ、７ｂは制御系２９に接続されており、印刷対象物５の表面電位を測定しながらインクを吐出し、表面電位の絶対値が設定値を超えた時には、制御系２９が送る信号によってインクの吐出を中止し、ヘッド保持体２３ａ、２３ｂを退避位置へ移動させ、印刷対象物５にＸ線の影が生じない状態にして、Ｘ線を所定時間照射し、除電を行う。

除電も表面電位を測定しながら行えば、表面電位の絶対値が設定値以下になったところで、Ｘ線の照射を停止すれば、除電を終了させることができる。除電終了後、ヘッド保持体２３ａ、２３ｂを退避位置から、印刷対象物５上へ戻し、印刷を再開する。

以上は、Ｘ線を照射して除電を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
図５の符号３は本発明の印刷装置の他の例を示しており、この印刷装置３は図１に示した印刷装置１のＸ線発生源４０に変え、イオナイザー３０を有している。

イオナイザー３０はガス供給源３１と、ガス供給源３１に接続された電離手段３２と、電離手段３２に接続された噴出口３３とを有している
ガス供給源３１のバルブを開けると、電離手段３２を通って、噴出口３３からガスが噴出されるように構成されており、この時、電離手段３２に通電し、電離手段３２内で放電を起こすと、電離手段３２を流れるガスが電離され、噴出口３３から噴出される。

ガス供給源３１と、電離手段３２は印刷室２の外部に設けられており、噴出口３３は印刷室２の内壁の、載置台２０よりも高い位置に取り付けられている。
噴出口３３は載置台２０上に配置された印刷対象物５の表面に向けられており、イオンを含むガスが印刷対象物５表面に吹き付けられ、印刷対象物５が除電される。この時、印刷ヘッド１５ａ、１５ｂを退避位置に退避させておき、ノズル１６ａ、１６ｂがガスに当たらないようにすれば、ノズル１６ａ、１６ｂ内のメニスカスが、ガスによって乱れることがない。

＜実験例１＞
印刷室２内部を排気しながら乾燥ガスである乾燥窒素を供給し、乾燥雰囲気を形成した。この乾燥雰囲気にガラス基板を１０時間放置した後、表面電位を測定した。その測定結果を図６のグラフの左方、「除電なし」に示す。表面電位測定後、イオナイザー３０に通電し、イオンを含むガスをガラス基板表面に吹き付け、除電後のガラス基板の表面電位を測定した。測定結果を表面電位の値と共に図６のグラフの右方「除電あり」に示す。
図６から明らかなように、除電前のガラス基板は表面電位が約２ＫＶであったのに対し、除電後は表面電位が１００Ｖを下回っていた。

＜実験例２＞
除電前と除電後の表面電位の測定を行った後、除電されたガラス基板を乾燥雰囲気が維持された印刷室２内部で搬送し、搬送後の表面電位を測定した。搬送後のガラス基板の除電を行い、除電後のガラス基板の表面電位を測定した。

図７のグラフ左方からそれぞれ搬送前であって除電前の基板の表面電位と、搬送前であって除電後の基板の表面電位と、搬送後であって除電前の基板の表面電位と、搬送後であって除電後の基板の表面電位をそれぞれ示している。除電後（除電あり）の基板については、図７のグラフ下方にその表面電位の数値も合わせて記載する。

図７から明らかなように、ガラス基板は乾燥雰囲気中を搬送されると、表面電位が再び上昇し、約１〜１．６ＫＶになったが、搬送後のガラス基板を除電すると、その電位が１５Ｖ〜８Ｖ程度に下がった。以上のことから、本発明の印刷装置１の除電効果が確認された。

以下に本発明の他の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
載置台２０に加熱手段や冷却手段のような温度制御手段を設け、印刷対象物５の温度を所定温度に維持しながら、除電やインクの塗布を行ってもよい。

Ｘ線発生源４０は特に限定されるものではないが、例えばＸ線管を用いることができる。Ｘ線発生源４０が生成するＸ線の波長は特に限定されないが、短波長側（波長１０^-1ｎｍ未満）のＸ線は気体に吸収されにくいのでイオン生成量が少ないので好ましくない。また、Ｘ線よりも長波長側の紫外線は気体をイオン化はさせるが、印刷室２内部に酸素が存在するとオゾンを生成するので好ましくない。従って、本発明に使用するＸ線は、短波長側のＸ線よりも気体に吸収されやすく、紫外線よりもイオン化エネルギーが大きく、かつ、オゾンを生成しない軟Ｘ線（波長１０^-1ｎｍ以上１０ｎｍ以下）が特に好ましい。

Ｘ線発生源４０やイオナイザー３０の設置高さは特に限定されるものではないが、その設置高さは載置台２０上に配置された印刷対象物５の表面に近い高さであることが好ましい。一例を述べると載置台２０の表面よりも数ｃｍ高い高さである。

また、Ｘ線が印刷室２外部に漏洩し、外部環境を汚染することを防止するために、印刷装置１が印刷室２で完全に覆われることが好ましい。Ｘ線を漏洩させないために、印刷室２の天井、側壁、及び底壁の好ましい厚みは０．５ｍｍ以上であり、その材質は例えばガラス、金属板、又は塩化ビニル板のような樹脂板である。尚、除電手段がイオナイザー３０の場合は、印刷室の天井、側壁及び底壁の厚みや材質は特に限定されるものではない。

Ｘ線発生源４０の配置や個数も特に限定されないが、Ｘ線発生源４０の照射範囲が、印刷対象物５表面の面積に比べて小さい場合は、複数のＸ線発生源４０を、Ｘ線の照射範囲の少なくとも一部が互いに重なり合うような間隔で載置台２０の周囲に配置し、印刷対象物５の表面全体にＸ線を照射させれば、除電後の表面電位にばらつきが生じない。例えば、図２では、Ｘ線発生源４０は載置台２０上に配置された印刷対象物５の両側に３個ずつ並べられている。

同様に、イオナイザー３０の配置や個数も特に限定されないが、印刷対象物５の表面の面積が広い場合には、印刷対象物５の表面全体にイオンが行き渡り、除電後の表面電位が均一になるように、イオナイザー３０を載置台２０の周囲に複数設けることが好ましい。

本発明に用いるインクは、無機材料や、有機材料が水や有機溶媒中に溶解又は分散したものである。インクに含有される有機材料は、有機発光材料以外にも、有機半導体材料や、電荷移動材料、電子移動材料、電子注入材料、電荷注入材料、着色材料等を用いることが可能であり、これらの有機材料は１種類だけをインクに含有させてもよいし、２種類以上を同じインクに含有させてもよい。更に、分散剤や界面活性剤を添加されたインクを用いてもよい。

乾燥雰囲気の形成や、イオナイザーに用いる乾燥ガスの種類は特に限定されないが、インクを変質しないガスが好ましく、例えば、インクに有機材料が含有される場合には、水や酸素を含有しない乾燥ガスを用いることが好ましい。また、インク中の成分が酸素の影響を受けない場合には、乾燥ガスとして乾燥大気を用いてもよい。また、乾燥ガスは１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。

本発明に用いる印刷対象物５は特に限定されないが、本発明にはインクが塗布される面の少なくとも一部に絶縁性物質が露出しているものに、特に効果がある。
本発明の印刷装置１、３は、印刷ヘッド１５ａ、１５ｂを移動させる場合に限定されず、印刷ヘッド１５ａ、１５ｂが印刷対象物５に対して相対的に移動するのであれば、例えば、印刷ヘッド１５ａ、１５ｂを静止させた状態で、載置台２０と一緒に印刷対象物５を移動させてもよいし、印刷ヘッド１５ａ、１５ｂを移動させると共に、載置台２０と一緒に印刷対象物５を移動させてもよい。

また、印刷対象物５の印刷位置が狭い面積に集中している場合は、印刷ヘッド１５ａ、１５ｂを印刷対象物５に対して相対的に静止させた状態で印刷を行ってもよい。

本発明の印刷装置及び印刷方法は、有機ＥＬ素子の製造だけではなく、半導体素子を内蔵した実装部品や、ＦＤＰ（ＦｌａｔＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）の製造プロセスにおいて、配線パターン、あるいは配線パターンを被覆する絶縁性樹脂膜、カラーフィルター、配向膜等の成膜に用いることができる。

本発明の印刷装置の一例を説明する断面図載置台と印刷ヘッドとの位置関係を説明する平面図印刷対象物の一例を説明する断面図印刷対象物の一例を説明する平面図本発明の印刷装置の他の例を説明する断面図除電前と除電後の表面電位を示すグラフ搬送後の基板の表面電位と、除電後の表面電位を示すグラフ

符号の説明

１、３……印刷装置２……印刷室５……印刷対象物７ａ、７ｂ……表面電位センサー１５ａ、１５ｂ……印刷ヘッド１６ａ、１６ｂ……ノズル２０……載置台３０……イオナイザー４０……Ｘ線発生源

Claims

印刷対象物を載置可能な載置台と、
複数のノズルが設けられ、前記ノズルからインクが吐出可能な印刷ヘッドと、
Ｘ線を放射するＸ線発生源とを有し、
前記印刷ヘッドは前記載置台に向けられたノズルを有し、前記ノズルから吐出されるインクは、前記載置台上の前記印刷対象物表面に塗布されるように構成され、
前記Ｘ線発生源は前記載置台よりも上方に配置され、前記載置台上の前記印刷対象物表面に前記Ｘ線が照射されるように構成され、
前記載置台上に配置された前記印刷対象物は前記Ｘ線が照射されて除電されるように構成された印刷装置。
印刷対象物を載置可能な載置台と、
複数のノズルが設けられ、前記ノズルからインクが吐出可能な印刷ヘッドと、
電離した気体を放出するイオナイザーとを有し、
前記印刷ヘッドは前記載置台上に配置され、前記ノズルから吐出されるインクは、前記載置台上の前記印刷対象物表面に塗布されるように構成され、
前記イオナイザーは、前記載置台上の前記印刷対象物表面に前記電離された気体を吹き付ける位置に配置され、
前記載置台上に配置された前記印刷対象物は前記電離した気体が吹き付けられて除電されるように構成された印刷装置。
前記載置台上に配置された前記印刷対象物表面の電位を測定する表面電位センサーを有する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の印刷装置。
印刷対象物上のノズルから、前記印刷対象物表面に向かってインクを吐出し、前記印刷対象物表面に前記インクを塗布する印刷方法であって、
前記インクを塗布する前に、前記印刷対象物の表面を除電する印刷方法。
印刷室の内部に前記印刷対象物を搬入し、前記印刷室内部に配置された載置台上に前記印刷対象物を配置した後、前記インクの塗布を開始する前に、前記除電を行う請求項４記載の印刷方法。
前記印刷対象物の表面電位を測定し、前記表面電位が設定値を越えた時に前記除電を行う請求項４記載の印刷方法。
前記除電は、前記印刷対象物の表面にＸ線を照射する請求項４乃至請求項６のいずれか１項記載の印刷方法。
前記除電は、前記印刷対象物の表面に電離した気体を吹きつける請求項４乃至請求項６のいずれか１項記載の印刷方法。