JP2010036064A - 液滴塗布装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 各ノズルから吐出されて基板に着弾する液滴の着弾面積に基づいて、各ノズルや各圧電素子の個体差に起因する各ノズルからの溶液吐出量を正しく検出すること。
【解決手段】 液滴塗布装置１において、塗布ヘッド５の各ノズルＮから吐出される溶液として、実際の製品になる基板Ｋに塗布される溶液に比して乾燥しにくい検査溶液を用い、検査部７が求めた検査溶液の各液滴Ｅの着弾面積Ａに基づいて、各ノズルＮからの検査溶液の各液滴Ｅの着弾面積Ａが互いに同一になるように各ノズルＮからの検査溶液の吐出量を調整するもの。
【選択図】 図２

Description

本発明は液滴塗布装置及び方法に関する。

インク等の液滴塗布装置として、特許文献１に記載の如く、基板に対して溶液を液滴として吐出させて塗布する複数のノズルを備えた塗布ヘッドを有してなるものがある。塗布ヘッドは、各ノズルに対応する圧電素子を備え、各圧電素子に対する駆動電圧の印加に応じて各ノズルから溶液を吐出する。このとき、塗布ヘッドの各ノズルからの溶液の吐出量を互いに同一にすることが必要とされる。ところが、各ノズルの個体差、各圧電素子の個体差等により、各圧電素子に同一の駆動電圧を印加しても、各ノズルからの溶液の吐出量は必ずしも同一にならない。

そこで、従来技術では、各ノズルからの溶液の吐出量を検出し、この検出結果に基づいて各圧電素子の印加電圧を調整することにより、各ノズルからの溶液の吐出量が互いに同一になるように調整している。
特開2004-136582号公報

従来技術では、各ノズルからの溶液の吐出量を、各ノズルから吐出されて基板に着弾した液滴の着弾面積（投影面積）から求めている。液滴の着弾面積と吐出量は概ね比例関係にある。

しかしながら、液晶表示パネルの製造工程でガラス基板にカラーフィルタや配向膜を形成する塗布装置等では、実際の製品になる基板に塗布される溶液は乾燥し易く、しかも、着弾した液滴周囲の雰囲気によって乾燥速度に差が生じ易い。そのため、乾燥の早い溶液は基板への着弾後の広がりが小さくて着弾面積が小さ目になり、乾燥の遅い溶液は基板への着弾後の広がりが大きくて着弾面積が大き目になる。従って、塗布ヘッドの一列をなす各ノズルから同時に吐出されて基板に直線一列状に着弾する各液滴のうち、例えば一列の両外側端に位置する液滴は外部雰囲気に広くさらされてその溶媒を揮散させ易くて乾燥し易く、この乾燥の影響によって着弾面積が小さ目になり易い。反対に、一列の中央側に位置する液滴は、周囲の液滴から揮散される溶媒によって形成される雰囲気によって乾燥が抑制されて着弾面積が大き目になり易い。

即ち、各ノズルから吐出されて基板に着弾する液滴の着弾面積は、各ノズルや各圧電素子の個体差に関係するだけでなく、当該液滴の乾燥状況にも影響される。よって、各ノズルから吐出されて基板に着弾する液滴の着弾面積に基づいて、各ノズルや各圧電素子の個体差に起因する各ノズルからの溶液吐出量を正しく検出することには困難がある。

本発明の課題は、各ノズルから吐出されて基板に着弾する液滴の着弾面積に基づいて、各ノズルや各圧電素子の個体差に起因する各ノズルからの溶液吐出量を正しく検出することにある。

請求項１の発明は、基板に対して溶液を液滴として吐出させて塗布する複数のノズルを備えた塗布ヘッドを有してなる液滴塗布装置において、塗布ヘッドの各ノズルから吐出される溶液として、実際の製品になる基板に塗布される溶液に比して乾燥しにくい検査溶液を用い、各ノズルから吐出されて基板に着弾した検査溶液の各液滴を撮像する撮像部と、撮像部が撮像した検査溶液の各液滴の画像に基づいて、各ノズルからの検査溶液の各液滴の着弾面積を求める検査部と、検査部が求めた検査溶液の各液滴の着弾面積に基づいて、各ノズルからの検査溶液の各液滴の着弾面積が互いに同一になるように各ノズルからの検査溶液の吐出量を調整する制御部とを有してなるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記検査溶液が、実際の溶液の溶質を高沸点溶媒に溶解させてなるようにしたものである。

請求項３の発明は、塗布ヘッドに設けた複数のノズルから溶液を液滴として吐出させて基板に塗布する液滴塗布方法において、塗布ヘッドの各ノズルから吐出される溶液として、実際の製品になる基板に塗布される溶液に比して乾燥しにくい検査溶液を用い、各ノズルから吐出されて基板に着弾した検査溶液の各液滴を撮像する撮像工程と、撮像工程で撮像した検査溶液の各液滴の画像に基づいて、各ノズルからの検査溶液の各液滴の着弾面積を求める検査工程と、検査工程で求めた検査溶液の各液滴の着弾面積に基づいて、各ノズルからの検査溶液の各液滴の着弾面積が互いに同一になるように各ノズルからの検査溶液の吐出量を調整する制御工程とを有してなるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項３の発明において更に、前記検査溶液が、実際の溶液の溶質を高沸点溶媒に溶解させてなるようにしたものである。

（請求項１、３）
(a)塗布ヘッドの各ノズルから吐出される溶液として、実際の製品になる基板に塗布される溶液に比して乾燥しにくい検査溶液を用い、各ノズルから吐出されて基板に着弾する液滴の着弾面積を求める。従って、塗布ヘッドの一列をなす各ノズルから同時に吐出されて基板に直線一列状に着弾する各液滴のうち、例えば一列の両外側端に位置する液滴は外部雰囲気に広くさらされても乾燥しにくく、その乾燥の影響によって着弾面積を小さ目にする如くがない。よって、各ノズルから吐出されて基板に着弾する液滴の乾燥状況に影響されることなく、当該液滴の着弾面積に基づいて各ノズルや各圧電素子の個体差に起因する各ノズルからの溶液吐出量を正しく求めることができる。これにより、各ノズルからの溶液の吐出量を正しく調整し、各ノズルからの溶液の吐出量を互いに同一にすることができる。

（請求項２、４）
(b)上述(a)の検査溶液が、実際の溶液の溶質を高沸点溶媒に溶解させてなるものとすることにより、検査溶液として実際の溶液の性状に近いものを使用し、可及的に各ノズルからの実際の溶液の吐出量を互いに同一にすることができる。

図１は液滴塗布装置を示す模式図、図２は検査部による検査状態を示す模式図である。

液滴塗布装置１は、図１に示す如く、塗布対象物である基板Ｋが水平状態（図１中、Ｘ軸方向とそれに直交するＹ軸方向に沿う状態）で載置される移動テーブル２と、その移動テーブル２を保持してＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構３と、そのＹ軸移動機構３を介して移動テーブル２をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構４と、移動テーブル２上の基板Ｋに向けて配向膜材料やインク等の溶液を液滴Ｅとして吐出する複数の塗布ヘッド５と、基板Ｋ上の液滴Ｅを撮像する撮像部６と、その撮像部６により撮像された液滴Ｅの画像に基づく検査を行なう検査部７と、撮像部６により撮像された液滴Ｅの画像を表示する表示部８と、それらのＹ軸移動機構３、Ｘ軸移動機構４、各塗布ヘッド５、撮像部６及び検査部７等を制御する制御部９を備えている。

移動テーブル２は、Ｙ軸移動機構３上に積層され、Ｙ軸方向に移動可能に設けられている。この移動テーブル２はＹ軸移動機構３によりＹ軸方向に移動する。尚、移動テーブル２には、基板Ｋが自重により載置されるが、これに限るものではなく、例えば、その基板Ｋを保持するため、静電チャックや吸着チャック等の機構を設けるようにしても良い。このような移動テーブル２の端部には、各塗布ヘッド５の吐出を安定させるための吐出安定部２ａが設けられている。この吐出安定部２ａは、各塗布ヘッド５のダミー吐出用の受皿、及び各塗布ヘッド５の吐出面をワイプするワイプブレード等を有している。

Ｙ軸移動機構３は、移動テーブル２をＹ軸方向に案内して移動させる機構である。このＹ軸移動機構３は制御部９に電気的に接続されており、その駆動が制御部９により制御される。尚、Ｙ軸移動機構３としては、例えば、リニアモータを駆動源とするリニアモータ移動機構やモータを駆動源とする送りネジ移動機構等を用いる。

Ｘ軸移動機構４は、Ｙ軸移動機構３をＸ軸方向に案内して移動させる機構である。このＸ軸移動機構４は制御部９に電気的に接続されており、その駆動が制御部９により制御される。尚、Ｘ軸移動機構４としては、例えば、リニアモータを駆動源とするリニアモータ移動機構やモータを駆動源とする送りネジ移動機構等を用いる。

塗布ヘッド５は、インク等の溶液を収容する液体タンク（図示せず）から供給される溶液を複数のノズルＮ（例えばＮ1〜Ｎ5）からそれぞれ液滴Ｅとして吐出するインクジェットヘッドである。この塗布ヘッド５は、液滴Ｅを吐出する複数のノズルＮにそれぞれ対応する複数の圧電素子（図示せず）を内蔵している。各ノズルＮは、所定のピッチ（間隔）で直線一列状に並べて吐出面に形成されている。例えば、ノズルＮの数は数十個から数百個程度であり、ノズルＮの直径は数μmから数十μm程度であり、更に、ノズルＮのピッチは数十μmから数百μm程度である。

この塗布ヘッド５は制御部９に電気的に接続されており、その駆動が制御部９により制御される。塗布ヘッド５は、各圧電素子に対する駆動電圧の印加に応じて各ノズルＮから液滴（インク滴）Ｅを吐出する。ここで、溶液は揮発性を有している。この溶液は、基板Ｋ上に残留物として残留する溶質と、その溶質を溶解（分散）させる溶媒とにより構成されている。例えば、溶液であるインクは、顔料、溶剤（インク溶剤）、分散剤及び添加剤等の各種の成分により構成されている。

更に、塗布ヘッド５は、回転機構（図示せず）によりθ方向（図１中、ＸＹ平面に沿う回転方向）に回転可能に支持されている。この塗布ヘッド５は、回転機構により、相対移動する基板Ｋの相対移動方向に対して所定の傾斜角度だけ傾けられ、その状態で塗布を行なう。尚、Ｙ軸方向に相対移動する基板Ｋに対して塗布を行なう場合には、塗布ヘッド５の傾斜角度を変更することによって、Ｘ軸方向の液滴Ｅの塗布ピッチを調整することができる。また、液滴Ｅの吐出周波数（吐出タイミング）を変更することによって、Ｙ軸方向の塗布ピッチを調整することができる。

撮像部６は、図２に示すように、基板Ｋ上に着弾した各液滴Ｅを撮像する撮像カメラであり、各液滴Ｅを検出する検出部として機能する。この撮像部６は検査部７及び制御部９に電気的に接続されており、その駆動は制御部９により制御され、撮像した各液滴Ｅの画像を検査部７に送信する。尚、撮像部６としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等を用いる。

検査部７は、撮像部６から送信された各液滴Ｅの画像（検出結果）に基づいて、基板Ｋ上に着弾した各液滴Ｅの各々の着弾面積（投影面積）を求める。更に、検査部７は、求めた各液滴Ｅの各々の着弾面積に基づいて各液滴Ｅの塗布量を求め、それらの液滴Ｅの塗布量が所定の許容範囲内にあるか否かを判断し、その検査結果を制御部９に送信する。ここで、その塗布量は、液滴Ｅの着弾面積と塗布量（滴下量）との関係式から算出される。例えば、液滴Ｅの着弾面積と塗布量とは比例関係にある。その関係式は検査部７が備える記憶部に格納されている。尚、検査部７としては、例えばコンピュータ等を用いる。

表示部８は、撮像した各液滴Ｅの画像等の各種画像を表示する表示装置である。この表示部８は電気的に検査部７に接続されている。尚、表示部８としては、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイ等を用いる。

制御部９は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、塗布に関する塗布情報や各種のプログラム等を記憶する記憶部と（いずれも図示せず）を備えている。塗布情報は、ドットパターン等の所定の塗布パターン、塗布ヘッド５の傾斜角度、塗布ヘッド５の吐出周波数及び基板Ｋの移動速度に関する情報等を含んでいる。この塗布情報としては、製造塗布用の塗布情報及び検査塗布用の塗布情報（検査用のパターン及び溶媒雰囲気形成用のパターンを含む）が記憶部に格納されている。

しかるに、液滴塗布装置１は、各ノズルＮや圧電素子の個体差に起因する各ノズルＮからの溶液の吐出量を正しく検査し、各ノズルＮからの溶液の吐出量を正しく調整し、各ノズルＮからの溶液の吐出量を互いに同一にするため、以下の構成を具備する。

(A)検査溶液
塗布ヘッド５の各ノズルＮから吐出される溶液として、実際の製品になる基板Ｋに塗布される溶液に比して乾燥しにくい検査溶液を用いる。

検査溶液は、実際の溶液の溶質（顔料等）を、高沸点溶媒に溶解されたものを採用できる。高沸点溶媒としては、上述の溶媒と同様の性状（粘度や表面張力）を有するものが好ましく、カラーフィルタの製造に用いるインクの場合、例えば1.3ＢＧＤＡ（沸点220℃）がある。

(B)検査調整手順
(1)吐出工程
塗布ヘッド５の各ノズルＮ（例えばＮ1〜Ｎ5）から基板Ｋに対して検査溶液を液滴Ｅ（例えばＥ1〜Ｅ5）として吐出する。

(2)撮像工程
撮像部６により、各ノズルＮから吐出されて基板Ｋに着弾した検査溶液の各液滴Ｅを撮像する。

(3)検査工程
検査部７により、撮像部６が撮像した検査溶液の各液滴Ｅの画像に基づいて、各ノズルＮからの検査溶液の各液滴Ｅの着弾面積Ａ（例えばＡ1〜Ａ5）を求める。

(4)制御工程
制御部９により、検査部７が求めた検査溶液の各液滴Ｅの着弾面積Ａに基づいて、各ノズルＮからの検査溶液の各液滴Ｅの着弾面積Ａが互いに同一になるように、各ノズルＮからの検査溶液の吐出量を調整する。

例えば、塗布ヘッド５の一列をなす各ノズルＮのうち、中央のノズルＮ（例えばＮ3）からの検査溶液の液滴Ｅ（例えばＥ3）の着弾面積Ａ（例えばＡ3）を基準値とし、他のノズルＮ（例えばＮ1、Ｎ2、Ｎ4、Ｎ5）からの検査溶液の液滴Ｅ（例えばＥ1、Ｅ2、Ｅ4、Ｅ5）の着弾面積Ａ（例えばＡ1、Ａ2、Ａ4、Ａ5）が上述の基準値（例えばＡ3）に合致するように、それら他のノズルＮのそれぞれに対応する圧電素子の印加電圧を調整し、それら他のノズルＮからの検査溶液の吐出量を調整する。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)塗布ヘッド５の各ノズルＮから吐出される溶液として、実際の製品になる基板Ｋに塗布される溶液に比して乾燥しにくい検査溶液を用い、各ノズルＮから吐出されて基板Ｋに着弾する液滴Ｅの着弾面積を求める。従って、塗布ヘッド５の一列をなす各ノズルＮから同時に吐出されて基板Ｋに直線一列状に着弾する各液滴Ｅのうち、例えば一列の両外側端に位置する液滴Ｅは外部雰囲気に広くさらされても乾燥しにくく、その乾燥の影響によって着弾面積を小さ目になる如くがない。よって、各ノズルＮから吐出されて基板Ｋに着弾する液滴Ｅの乾燥状況に影響されることなく、当該液滴Ｅの着弾面積に基づいて各ノズルＮや各圧電素子の個体差に起因する各ノズルＮからの溶液吐出量を正しく求めることができる。これにより、各ノズルＮからの溶液の吐出量を正しく調整し、各ノズルＮからの溶液の吐出量を互いに同一にすることができる。

(b)上述(a)の検査溶液が、実際の溶液の溶質を高沸点溶媒に溶解させてなるものとすることにより、検査溶液として実際の溶液の性状に近いものを使用し、可及的に各ノズルＮからの実際の溶液の吐出量を互いに同一にすることができる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

図１は液滴塗布装置を示す模式図である。 図２は検査部による検査状態を示す模式図である。

符号の説明

１ 液滴塗布装置
５ 塗布ヘッド
６ 撮像部
７ 検査部
９ 制御部
Ｎ ノズル

Claims (4)

1. 基板に対して溶液を液滴として吐出させて塗布する複数のノズルを備えた塗布ヘッドを有してなる液滴塗布装置において、
   塗布ヘッドの各ノズルから吐出される溶液として、実際の製品になる基板に塗布される溶液に比して乾燥しにくい検査溶液を用い、
   各ノズルから吐出されて基板に着弾した検査溶液の各液滴を撮像する撮像部と、
   撮像部が撮像した検査溶液の各液滴の画像に基づいて、各ノズルからの検査溶液の各液滴の着弾面積を求める検査部と、
   検査部が求めた検査溶液の各液滴の着弾面積に基づいて、各ノズルからの検査溶液の各液滴の着弾面積が互いに同一になるように各ノズルからの検査溶液の吐出量を調整する制御部とを有してなることを特徴とする液滴塗布装置。
2. 前記検査溶液が、実際の溶液の溶質を高沸点溶媒に溶解させてなる請求項１に記載の液滴塗布装置。
3. 塗布ヘッドに設けた複数のノズルから溶液を液滴として吐出させて基板に塗布する液滴塗布方法において、
   塗布ヘッドの各ノズルから吐出される溶液として、実際の製品になる基板に塗布される溶液に比して乾燥しにくい検査溶液を用い、
   各ノズルから吐出されて基板に着弾した検査溶液の各液滴を撮像する撮像工程と、
   撮像工程で撮像した検査溶液の各液滴の画像に基づいて、各ノズルからの検査溶液の各液滴の着弾面積を求める検査工程と、
   検査工程で求めた検査溶液の各液滴の着弾面積に基づいて、各ノズルからの検査溶液の各液滴の着弾面積が互いに同一になるように各ノズルからの検査溶液の吐出量を調整する制御工程とを有してなることを特徴とする液滴塗布方法。
4. 前記検査溶液が、実際の溶液の溶質を高沸点溶媒に溶解させてなる請求項３に記載の液滴塗布方法。

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