JP2009277681A - 液体塗布装置および液体塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減できるダイコートを用いても、有機ＥＬ素子等の発光層を形成するインク等の液体材料を高精度にかつ安定に塗布することを可能にする。
【解決手段】インク２を連続的に吐出するノズル１と基板３との間で、インク２の吐出領域の両側に塗布方向Ａに沿うように、かつ塗布方向Ａとは逆方向に開口５ａを設けるように補助電極５−１を設置し、補助電極５−１にノズル１と同じ電位を直流電源４により与えながら、インク２を基板３に塗布する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インク等の液体を対象物上の所定位置に塗布する液体塗布装置および液体塗布方法に関するものである。

有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）の発光層形成工程のような高精度な塗布が必要とされる高精細表示装置の製造工程において、従来、液体塗布装置としてインクジェット装置が用いられている。インクジェット装置は、ピエゾ素子を精密に制御することによりインク室からインク液滴を吐出する装置であって、高精度な塗布を実現する方法として広く用いられている。

さらに高精度な塗布を目指して、静電吸引を利用したインクジェット装置の技術が特許文献１に開示されている。

図９は特許文献１に記載されている従来の液体塗布装置の概略構成を示す一部断面図である。

図９において、インクジェット装置１０１は、目標位置に正確に液滴１０２を着弾させるため、電源Ｅ１，Ｅ２によりノズル１０３と下部電極１０４間に電圧を印加している。さらに電界制御リング１０５を付加する構成になっている。

ノズル１０３に電圧を加えることによりインク１０３は帯電するので、吐出されたインク液滴は、ノズル１０３とほぼ同電位にされている電界制御リング１０５から反発力を受け、電界制御リング１０５の中央付近を正確に通過する。これによってインク１０３の吐出方向のバラツキを抑え、高精度な塗布を可能にしている。

一方、インクジェット装置は、ピエゾ素子による吐出機構の作り込みと、ピエゾ素子を精密に駆動するための制御系が必要で非常に高価である。そのため有機ＥＬ素子の製造コストが高くなるという問題があった。

そのため、特にライン状の塗布が必要とされる場合、ノズルから連続的にインクを吐出するダイコートによる塗布への期待が高まっている。

ダイコートにおいてもノズルと基板間に電界を印加することによってインクを絞り込み（テーラー・コーン現象）、高精度塗布を実現する技術が開示されている（特許文献２参照）。
特開２００３−５９６６０号公報（段落００６８〜００７０，図１２） 特開平１０−３４０６７３号公報

しかしながら、ダイコートにおいてノズルと基板間に電界を印加してインクを絞り込む技術では、テーラー・コーン現象がノズル先端で安定しないという問題があった。これは、ノズル先端から基板に至る途中の電界が、インクや基板の帯電の影響を受けて不安定になるためである。この問題は、特に、今後の高精細塗布において顕著に現れてくると考えられる。なぜなら、複数のノズル吐出部が接近し影響を及ぼしやすくなるからである。

前記問題に対して、特許文献１のごとくリング状の補助電極（電界制御リング）をノズル吐出部先端に設ける方法も考えられるが、ダイコートの場合は液滴の場合と異なり、相対運動しているノズルと基板が繋がっていることにより、ノズルと基板を繋ぐインク部分（以下、インク液柱という）が基板側から力を受けるため、この力とリング状補助電極からの反発力が拮抗し、さらに不安定になる。

本発明は、前記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、製造コストを低減できるダイコート等を用いても、インクのような液体材料を高精度に、しかも安定して塗布することを可能にした液体塗布装置および液体塗布方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の液体塗布装置は、液体を連続的に吐出するノズルと塗布対象物とを相対的に移動させて、液体を塗布対象物に塗布する液体塗布装置において、前記ノズルと前記塗布対象物の間で、前記ノズルから吐出する液体の両側に塗布方向にほぼ沿うように設置され、少なくとも液体塗布流れ下流方向に開口部を有する補助電極と、前記ノズルと前記塗布対象物と前記補助電極に電圧を印加する直流電源とを備えたことを特徴とする。

本発明の液体塗布方法は、液体を連続的に吐出するノズルと塗布対象物とを相対的に移動させて、液体を塗布対象物に塗布する液体塗布方法において、前記ノズルと前記塗布対象物の間で、前記ノズルから吐出する液体の両側に塗布方向にほぼ沿うように設置され、少なくとも液体塗布流れ下流方向に開口部を有する補助電極を用いて、前記ノズルと前記塗布対象物と前記補助電極に電圧を印加し、生成された電界により前記ノズルから吐出される液体の直径の絞込みを行い、前記塗布対象物に対する液体塗布を行うことを特徴とする。

本発明によれば、液体を連続的に吐出するノズルと塗布対象物の間で、ノズルから吐出する液体の両側に塗布方向にほぼ沿うように設置され、少なくとも塗布方向の下流側に開口部を有する補助電極を用いて液体塗布を行うため、ノズル先端から塗布対象物に至る途中の電界の不安定性が軽減される。

さらに、ノズルと塗布対象物間のインク部分はノズル両側に設けられた補助電極から斥力を受けるので、ノズルと塗布対象物との相対運動の方向に垂直な位置が安定する。

しかも、ノズルと塗布対象物間のインク部分が塗布対象物から受ける力に対して拮抗する部分がないので安定して塗布することができる。

その結果、例えば、製造コストを低減できるダイコートを用いて有機ＥＬ素子の発光層を形成するインクのような液体材料を、高精度かつ安定して塗布することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態として、有機ＥＬ素子の発光層塗布工程を例にして説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図である。

図１において、ノズル１は、シリンジ等（図示せず）により発光層の材料を溶媒に溶かした液体（本例ではインク）を定量吐出し、インク２の塗布対象物である基板３のライン状の凹部３ａに対して塗布する。凹部３ａは有機ＥＬ素子の隔壁の間を示している。

本例では、凹部３ａの谷の部分の寸法は約３０〜１００μｍであり、ノズル１と基板３間の距離は１００〜８００μｍである。

直流電源４は、導電材料からなるノズル１と基板３間に電圧を印加することにより電界を生成する。図では基板３を直流電源４に直接接続しているが、基板３を導電材料からなる基板載置台に載置し、基板載置台と電源とを電気的に接続するようにしてもよい。印加する電圧は、有機ＥＬ発光層の塗布工程で使用するインクの場合、０．５〜８ＫＶである。

また、有機ＥＬ素子の発光層の塗布工程で使用されるインクは、溶質としては、ポリフルオレン系，ポリアリーレン系，ポリアリーレンビニレン系，アルコキシベンゼン，アルキルベンゼンなどの高分子材料が挙げられ、溶媒としては、トルエン，キシレン，アセトン，アニソール，メチルエチルケトン，メチルイソブチルケトン，シクロヘキシルベンゼン等の単独または混合溶媒が挙げられる。

ノズル１は、駆動部（図示せず）により塗布方向（図中矢印Ａ方向）に移動する。図１（ｂ）では図面に垂直方向に動くことになる。なお、この移動については、基板３を駆動させても、ノズル１と基板３とを駆動するようにしてもよい。ノズル１と基板３との相対的な移動速度は５０〜５００ｍｍ／ｓである。

直流電源４には補助電極５−１が電気的に接続され、補助電極５−１はノズル１と同じ電位を与えられている。補助電極５−１は、本実施の形態１では、薄いプレート状のものであり、ノズル１と基板３間で、塗布方向Ａに沿ってノズル１の両側に対向して２枚が設置されている。

本実施の形態１の構成によれば、ノズル１を介してプラスに帯電したインク２がマイナスに帯電した真下に配されている基板３に吸引されてテーラーコーン２ａが発生し、ノズル１と基板３を繋ぐインク液柱２ｂの直径を、ノズル１のインク吐出口１ａの直径の１／１０〜１／２に絞り込むことができる。このため、微細なライン状にインク２を塗布することができ、高精細な有機ＥＬ素子を実現できる。

本実施の形態１では直径１００μｍのノズル１で４０μｍのラインを塗布することができる。ノズル１の直径が小さい場合は、インク１の乾燥によりノズル１のインク吐出口１ａが塞がってしまい、塗布することができなくなるため、テーラーコーン２ａを利用して塗布することが、高精度塗布において重要な技術となる。

さらに本実施の形態１においては、ノズル１と基板３間に塗布方向Ａにほぼ沿うように、ノズル１の両側にプラスに帯電した補助電極５−１を配置しているので、プラスに帯電したインク液柱２ｂの位置が、塗布方向Ａに対して両側から斥力を受けることにより、安定化される。

しかも、一対の補助電極５−１は、塗布流れ下流方向（塗布方向Ａと逆方向）に開口５ａが設けられているので、基板３とノズル１とが相対運動することにより、インク液柱２ｂが受ける力と拮抗する力はなく、安定に塗布することができる。

本実施の形態１では補助電極５−１の電位をノズル１と同じとしたが、基板３の電位とノズル１の電位との中間の電位よりノズル側に近い電位に設定してもよい。ノズル１と補助電極５−１の間の斥力が補助電極５−１の保持を困難とする場合は、このように設定した方が有効である。

また、本実施の形態１ではノズル１の両側に設置した補助電極５−１の電位を同一としたが、それぞれ独立に電位をコントロールしてもよい。補助電極５−１の位置調整を行った後、それぞれの補助電極５−１の電位を調整し、塗布位置を調整することで調整時間を短縮することができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図である。なお、以下の説明において、図１にて説明した部材に対応する部材には、同一符号を付して詳しい説明は省略する。

図２において、補助電極５−２は、ワイヤー状のものであって塗布方向Ａに沿ってノズル１の両側に２本設置されている。本実施の形態２の構成はノズル１と基板３間の隙間が小さい場合に有効である。

また、実施の形態１の構成に比べて、補助電極の平面度や補助電極同士の平行度を調整する必要がなく、ノズル周りの製作コストを低減できるという特徴がある。さらに、実施の形態１と比べると補助電極５−２に角部がないので、電界集中が発生せず安定性が高いという特長もある。

なお、実施の形態２において、ワイヤー断面積は円形であるが楕円としてもよい。また、実施の形態２おいては補助電極５−２であるワイヤーは片側１本であるが、ノズル・基板方向に複数本並べて配設するようにしてもよい。

本実施の形態２の構成において、実施の形態１の効果に加えて角部による電界集中がなく、ノズル１，補助電極５−２，基板３間の電界が安定するという効果が得られる。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図である。

図３において、実施の形態１と同様に補助電極５−３は薄いプレート状であるが、実施の形態１と異なり、基板３方向に狭まるテーパー状になるように配置している。このような配置の構成は調整に時間がかかるが、補助電極同士の距離がノズル側で狭まることで、より塗布精度が向上する。

実施の形態１において補助電極同士の距離を狭くすると、補助電極のノズル側がインクと接触する可能性が高くなるので、本実施の形態２のごとく基板３側に狭まるようなテーパー状に配置することがよい。

（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図である。

図４において、実施の形態１と同様に補助電極５−４は薄いプレート状であるが、実施の形態１と異なり、補助電極５−４は塗布流れ下流方向に狭まるテーパー状になるように配置している。このような配置の構成は調整に時間がかかるが、補助電極同士の距離が塗布流れ下流方向に狭まることで、より塗布精度が向上する。

実施の形態１において補助電極同士の距離を狭くすると、ノズルから吐出したばかりのインクは直径が大きいので、補助電極の塗布流れ上流側においてインクが補助電極と接触する可能性が高くなる。よって、本実施の形態４のようなテーパー状に配置することがよい。

（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図である。

図５において、補助電極５−５は、塗布流れ下流方向に開口５ａを有するリング状である。このような形状にすると、補助電極５−５からインク液柱２ｂが斥力を受ける方向が増し、より塗布精度が向上する。

本実施の形態５では、図９に示す従来例と異なり、塗布流れ下流方向に開口５ａを設けているので、ノズル１の移動時にインク２が基板３から引っ張られる力と補助電極５−５からの斥力との拮抗を回避し、塗布挙動が不安定になることを防ぐことができる。

（実施の形態６）
図６は本発明の実施の形態６における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図である。

図６において、補助電極５−６は平面視Ｕ字形であり、開口５ａが塗布流れ下流方向に向けられて配されている。このような構成にすると、ノズル１を組み立てる際、補助電極５−６におけるＵ字の直線部分を規制部として使用し、組み立てることができるためノズル１の調整時間および製造コストを低減することができる。また、塗布方向前後に対する安定性も向上する。

（実施の形態７）
図７は本発明の実施の形態７における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図である。

図７において、複数（本例では４個を示している）のノズル１を有し、ノズル１を包囲するように、補助電極５−７が平面視コ字形で共通の部分を有する構成のものである。このような形状にすると、複数ノズル用に補助電極を作成する際、製作コストを低減することができる。また、共通部分によって全ての補助電極の電位を確実に同電位にできるので、隣り合うノズルの補助電極に電位差が生じて塗布が不安定になることを防止できる。

図８は実施の形態７の液体塗布装置における変形例の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図である。

図８において、複数のノズル１を塗布方向Ａに対して角度を持たせており、このような設置構成にすると、ノズル１のインク吐出口のピッチよりも高精細に塗布する場合でも、塗布流れ下流方向に開口５ａを設けることで、安定した塗布を実現できる。

本発明は、製造コストが低い構成で高精度な塗布が可能となるため、有機ＥＬ素子やＰＤＰなどのラインデバイス構造を持つ高精細表示装置等の印刷製造工程に適用できる。

本発明の実施の形態１における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図 本発明の実施の形態２における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図 本発明の実施の形態３における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図 本発明の実施の形態４における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図 本発明の実施の形態５における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図 本発明の実施の形態６における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図 本発明の実施の形態７における液体塗布装置の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図 実施の形態７の液体塗布装置における変形例の概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面図 従来の液体塗布装置の概略構成を示す一部断面図

符号の説明

１ ノズル
１ａ インク吐出口
２ インク
２ａ テーラーコーン
２ｂ インク液柱
３ 基板
３ａ 基板の凹部
４ 直流電源
５−１〜５−７ 補助電極
５ａ 補助電極の開口
Ａ 塗布方向

Claims (8)

1. 液体を連続的に吐出するノズルと塗布対象物とを相対的に移動させて、前記液体を前記塗布対象物に塗布する液体塗布装置において、
   前記ノズルと前記塗布対象物の間で、前記ノズルから吐出する液体の両側に塗布方向にほぼ沿うように設置され、少なくとも液体塗布流れ下流方向に開口部を有する補助電極と、前記ノズルと前記塗布対象物と前記補助電極に電圧を印加する直流電源とを備えたことを特徴とする液体塗布装置。
2. 前記補助電極がプレート状あるいはワイヤ状であることを特徴とする請求項１記載の液体塗布装置。
3. 前記直流電源により前記補助電極と前記ノズルとが同電位になるように電圧を印加することを特徴とする請求項１または２記載の液体塗布装置。
4. 前記補助電極における対向する部位の電位を独立して調整可能にしたことを特徴とする請求項１，２または３記載の液体塗布装置。
5. 液体を連続的に吐出するノズルと塗布対象物とを相対的に移動させて、前記液体を前記塗布対象物に塗布する液体塗布方法において、
   前記ノズルと前記塗布対象物の間で、前記ノズルから吐出する液体の両側に塗布方向にほぼ沿うように設置され、少なくとも液体塗布流れ下流方向に開口部を有する補助電極を用いて、前記ノズルと前記塗布対象物と前記補助電極に電圧を印加し、生成された電界により前記ノズルから吐出される液体の直径の絞込みを行い、前記塗布対象物に対する液体塗布を行うことを特徴とする液体塗布方法。
6. 前記補助電極と前記ノズルとが同電位になるように電圧を印加することを特徴とする請求項５記載の液体塗布方法。
7. 前記補助電極における対向する部位の電位を独立して調整することを特徴とする請求項５または６記載の液体塗布方法。
8. 前記補助電極の位置調整を行った後、前記補助電極における電位を調整することを特徴とする請求項７記載の液体塗布方法。

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