JP2010082581A - 微粒子塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示装置において基板上の所定位置に精度よくスペーサを配置でき、その上、形成された各スペーサ部に含まれるスペーサの個数を均一にすることができる高い生産性の微粒子塗布方法を提供する。
【解決手段】基板Ｗを１軸方向に移動自在なステージ３で保持し、ステージの移動方向をＸ軸方向として、Ｙ軸方向に移動自在な塗布ヘッド６のノズル７に対して微粒子を溶剤に分散させた分散液を供給し、塗布ヘッドと基板とを相対移動させてノズルにより基板上の所定位置に分散液を滴下して塗布する。基板上の同一位置へのノズルによる分散液の滴下を複数回行い、一回の塗布が終了する毎に分散液の溶剤を乾燥させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、微粒子塗布方法に関し、特に、液晶表示装置にてセルギャップを維持するスペーサ部を形成するために用いることができるインクジェット式のものに関する。

近年、パーソナルコンピューターや携帯情報端末などの機器の表示手段として、例えばアクティブマトリックス方式の液晶パネルを用いた液晶表示装置が用いられている。この液晶表示装置では、カラーフィルタと液晶駆動側基板とを対向させて１〜１０μｍ程度の間隙部（セルギャップ）を設け、この間隙部内に液晶を充填してその周囲をシール材で密封している。そして、このような液晶表示装置において表示品質の良いものを得るには、上記セルギャップを一定かつ均一に維持することが必要となる。

セルギャップを一定かつ均一に維持する方法として、インクジェット式の塗布装置を用い、基板上の所定位置に、溶剤に粒状（球状）または棒粒状のスペーサを分散させた分散液を吐出し、複数個のスペーサの凝集体からなるスペーサ部を形成することが例えば特許文献１で知られている。上記特許文献１ではまた、例えば基板上の画素を囲むように設けられた遮光膜がＴ字状又は十字状に交差する部分に分散液を滴下することや複数の塗布ヘッドから同時に分散液を吐出させて生産性を向上させることも提案されている。

上記インクジェット式の塗布装置に用いられる塗布ヘッドとしては、液滴吐出量の調節が容易であることから、塗工液通路内に圧電素子（ピエゾ素子）を設けた複数のノズルを備えたものが一般に使用される。また、塗布ヘッドの各ノズルからの液滴の吐出に先立っては、ノズルから吐出（滴下）される液滴の大きさ（液滴吐出量）が塗工液の滴下速度に比例し、また、ノズルからの塗工液の滴下速度が圧電素子に印加する駆動パルス電圧に比例することに着目し、各ノズルからの塗工液の滴下速度が所望の規定速度範囲内となるように、各ノズル毎に圧電素子への駆動パルス電圧及びパルス幅（駆動電圧印加時間）が調節される。

但し、上記のように液滴吐出量を調節しても、各液滴に含まれるスペーサの個数にばらつきがあるため、形成された各スペーサ部に含まれるスペーサの個数にばらつきが生じ、各スペーサ部の高さを均一に形成することが難しいという問題がある。

このような問題の解決策として、同一または複数の塗布ヘッドから同時または連続してスペーサ部の形成位置に複数滴滴下することで、最終的に各スペーサ部に含まれるスペーサの個数を均一化することが例えば特許文献２で知られている。

然し、上記特許文献２のような塗布方法では、同時または連続して複数滴滴下することで、基板上の同一箇所での着弾径が大きくなるため、分散液が画素領域にまで拡がってはみ出し、当該領域にスペーサが配置される虞があり、スペーサ部の形成位置精度が悪くなるという不具合がある。
特開平１１−２４０８３号公報 特開２００７−１３９９３９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、処理対象物上の所定位置に精度よくスペーサを配置でき、その上、形成された各スペーサ部に含まれるスペーサの個数を均一にすることができる高い生産性の微粒子塗布方法を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、処理すべき基板を１軸方向に移動自在なステージで保持し、前記ステージの移動方向をＸ軸方向として、当該Ｙ軸方向に移動自在な塗布ヘッドの少なくとも１個のノズルに対して微粒子を溶剤に分散させた分散液を供給し、前記塗布ヘッドと基板とを相対移動させて前記ノズルにより基板上の所定位置に分散液を滴下して塗布する微粒子の塗布方法において、前記基板上の同一位置へのノズルによる分散液の滴下を複数回行い、一回の塗布が終了する毎に分散液の溶剤を乾燥させることを特徴とする。

本発明によれば、基板の所定位置に塗布ヘッドのノズルから液滴を塗布した後、分散液を乾燥させる。このとき、分散液中の微粒子は凝集する。この状態で、同一または他のノズルから微粒子が凝集した領域に分散液を塗布する。このとき、分散液の塗布位置が多少ずれていても、基板に着弾した分散液が拡がり、微粒子が凝集した領域に液滴の一部がかかっていると、乾燥時に、当初微粒子が凝集した位置に次の分散液中の微粒子が凝集するようになる。その結果、基板の所定位置に精度よく微粒子を配置でき、しかも、複数滴滴下することで微粒子の個数の均一化も図り易くすることが可能となる。

ところで、塗布ヘッドと基板とを相対移動させて塗布ヘッドのノズルにより基板上の所定位置に分散液を滴下する場合、相対速度が速くなるに従い、基板への役液滴の滴下位置の精度が悪くなる。このため、前記溶剤を蒸発させた後、基板の同一位置にノズルにより分散液を塗布する場合に、各ノズルと基板との相対移動速度を速くすれば、比較的遅い速度で当初は基板の所定位置への塗布を行い、精度よく分散液を塗布し、次に、乾燥後の塗布を比較的速い速度で行うことで、多少滴下位置の精度が悪くなっても、当初微粒子が凝集した位置に次の分散液中の微粒子が凝集するようになるため、従来技術のように微粒子の配置位置精度が悪くなることはなく、しかも、複数回に分けて微粒子を塗布するときの塗布速度を向上することができ、結果として高い生産性が達成できる。

本発明においては、生産性を一層向上させるためには、前記基板の全域に亘る複数箇所への分散液の塗布が終了した後、前記溶剤の乾燥を行うことが好ましい。

また、前記微粒子は、液晶表示装置にてセルギャップを維持するスペーサ部形成用のスペーサであれば、基板の所定位置に精度よく塗布され、その上、形成された各スペーサ部に含まれるスペーサの個数を均一にすることができる。

以下に図面を参照して、処理対象物としてカラーフィルタ用のガラス等の基板Ｗ上の画素Ｇを囲むように遮光膜Ｐが設けられたものを用い、当該遮光膜ＰがＴ字状又は十字状に交差する部分に複数個（２〜１５個）のスペーサの凝集体からなるスペーサ部ＳＰを形成することに本発明の微粒子塗布方法を適用した実施の形態について説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態の微粒子塗布装置Ｍは、インクジェット式のものであり、プラットホーム１を備える。プラットホーム１上には直方体形状のベース板２が配置され、ベース板２上には、基板Ｗを吸着保持するステージ３がベース板２の上面に固定したガイドレール４に沿って水平の１軸方向（Ｘ軸方向）に移動自在に支持されている。そして、図示省略したモータにより送りねじ機構を介してステージ３がＸ軸方向に往復動されるようにしている。なお、本実施の形態では、スペーサ部ＳＰを形成する際に図１中左側から右側へと基板Ｗが移動し、後述のフレームの上流側では、基板搬送手段Ｒによってステージ３上に基板Ｗを位置決め配置できるようになっている。

ベース板２上には、Ｘ軸方向に直交する水平方向（Ｙ軸方向）に長手の門型のフレーム５がステージ３の移動経路を跨ぐようにして配置されている。フレーム５には、インクジェット式の塗布ヘッド６が、図示省略の駆動手段によりＹ軸方向に沿って往復動自在に設けられている。塗布ヘッド６は、Ｙ軸方向に所定の間隔を存して列設された複数個のノズル７を有する。この場合、各ノズル７相互の間隔は、上記遮光膜Ｐの交差する部分の間隔に一致させて設定されるが、その間隔を微調整するために、Ｘ軸方向に直行するＺ軸方向の軸線周りに塗布ヘッド６を回転させる図示省略の回転機構を設ける構成を採用することが好ましい。

図３に示すように、各ノズル７は同一の構造を有し、塗工液通路７ａと、塗工液通路７ａの下端にチャンバ７ｂを介して連通するノズルヘッド７ｃとを備える公知のものであり、チャンバ７ｂに設けた圧電素子７ｄ（例えばピエゾ素子）に図示省略の電圧制御回路によりパルス状に駆動電圧を印加することで適宜駆動させて後述の分散液をノズルヘッド７ｃから吐出、滴下するように構成されている。

ここで、液晶表示装置の製造においてスペーサ部ＳＰ形成に用いられる塗工液としては、特に制限はなく、公知のものを用いることができ、例えば所定の粒子径を有するスペーサを溶媒中に分散させてなる分散液を用いることが好ましい。スペーサＳとしては、ガラス、アルミナ又はプラスチック等からなる球状又は棒状のものであって、その粒子径が１μｍ〜１０μｍ程度の公知のものが用いられる。また、溶剤としては、常温で液体であり、上記スペーサＳを分散させることができるものであれば、特に制限はないが、塗布ヘッド６から安定的に吐出可能なように、水または親水性の有機溶剤を用いることが好ましい。

また、上記溶剤は、基板Ｗ上に分散液を塗布した後、溶媒が低い温度で揮発するように、沸点（１気圧下）が１００°以下の親水性有機溶剤を含むことが好ましい。このような親水性有機溶剤としては、エタノール、ｎ−プロパノール、２−プロパノール等の低級モノアルコールやアセトンが例として挙げられ、これらは、単独または２種以上を併用するようにしてもよい。

このような分散液は、配管７ｅを介して塗布ヘッド６の塗工液通路７ａに通じる塗工液収納部８に収容されている。塗工液収納部８は、相互に隔絶され、流体ポンプ８ａを備えた配管８ｂを介して両槽間で分散液の移しかえを可能とする攪拌槽８ｃと超音波処理槽８ｄとを備えた公知のものである。そして、攪拌槽８ｃにて溶剤中のスペーサＳを攪拌しつつ、また、超音波処理槽８ｄにて脱気しながら超音波により振動を加えて分散液中でスペーサＳが凝集することを防止して、スペーサＳが均等に分散した分散液が常時各ノズル７に供給されるようにしている。なお、基板Ｗの所定位置に分散液を塗布した後、強制的に溶剤を蒸発させて乾燥するために、ステージ３に例えば抵抗加熱式のヒータを組み付け、基板Ｗを加熱できる構成を採用してもよい。

また、微粒子塗布装置Ｍは、マイコンやシーケンサ等を備えた公知の制御手段Ｃを有し、基板Ｗの吸着保持、ステージ３の移動や圧電素子７ｄへの駆動電圧の制御による液滴吐出量等を統括制御できるようになっている。また、基板Ｗの移動方向下流側には、ＣＣＤカメラ９が設けられている。ＣＣＤカメラ９は、Ｙ軸方向に移動自在な支持板（図示せず）に吊持され、分散液が塗布された基板Ｗの当該塗布位置を撮像し、撮像された画像を図示省略した公知の画像解析装置で解析した後、その画像データを制御手段Ｃに送信し、画像解析によりスペーサ部ＳＰの個数や配置位置を確認できるようになっている。

以下に本発明の微粒子塗布方法について、基板Ｗ上で縦横に所定の間隔を存して列設された画素Ｇを囲むように遮光膜Ｐが設けられたものを用い、当該遮光膜が十字状に交差する部分に設定された目標個数のスペーサの凝集体からなるスペーサ部ＳＰを形成する場合を例に説明する。

塗布ヘッド７の各ノズル７によるガラス基板Ｗへの分散液の塗布に先立って、各ノズル７からの塗工液の吐出可能なメニスカスの形成した後、各ノズル７からの液滴の滴下速度の調節（吐出準備）を行う。

この吐出準備は公知の方法で行われる。例えば、塗布装置Ｍにストロボ発光装置と、ノズルヘッド７ｃから吐出された液滴の位置を検出するＣＣＤカメラ等の観察装置とを設け、ストロボ発光間隔内における液滴の移動距離から液滴の吐出速度及びノズルヘッド７ｃからの延長線に対する液滴の飛翔角を検出する。そして、吐出速度及び飛翔角が所定の範囲に含まれるように、制御手段Ｃにより電圧制御回路を介して印加すべき駆動電圧またはパルス幅（駆動電圧印加時間）が調節される。

吐出準備が完了すると、ステージ３が図１中右側に存する状態で当該ステージ３上に、公知の多関節式の搬送ロボットＲにより上記基板Ｗを搬送して位置決め配置した後、吸着保持させる（図１参照）。この状態でステージ３上の基板ＷをＸ軸方向に沿って塗布ヘッド６のノズル７直下の位置まで移動させる。そして、駆動手段により塗布ヘッド６をＹ軸方向に移動させ、ノズル７が基板Ｗの移動方向の最下流側で遮光膜Ｐの交差部分直上に位置するように位置決する。この状態で、各ノズル７から上記交差部分にそれぞれに分散液を１滴ずつ滴下して塗布する（このとき、１滴中の分散液のスペーサ個数は１０個以内が好ましい）。そして、ステージ３を所定の速度でＸ軸方向に沿って移動させると共に、このステージ３の移動に同期して塗布ヘッド６を走査移動させながら、基板Ｗの全面に亘って上記交差部分にそれぞれに分散液を１滴ずつ滴下して塗布していく（１回目の塗布）。

このとき、ステージ３や塗布ヘッド６の移動速度は、塗布ヘッド６の各ノズル７から上記交差部分にそれぞれに分散液を１滴ずつ滴下して塗布する際に、目標とする滴下位置の精度が悪くならない範囲に設定する（低速塗布）。そして、ステージ３を逆方向に移動させながら、自然または強制的に溶剤を乾燥させる。このように分散液を滴下して乾燥させると、分散液中のスペーサＳが略目標とする位置に凝集する（図４（ａ）参照）。

次に、同一のノズル７が基板Ｗの移動方向の最下流側で遮光膜Ｐの交差部分直上に位置するように再度位置決した後、圧電素子への駆動電圧を変えずに、上記と同様に、ステージ３を所定の速度でＸ軸方向に沿って移動させると共に、このステージ３の移動に同期して塗布ヘッド６を走査移動させながら、基板Ｗの全面に亘って上記交差部分にそれぞれに分散液を１滴ずつ滴下して塗布していく（２回目塗布）。

このとき、ステージ３や塗布ヘッド６の移動速度は、１回目の塗布のときより速い速度であって、分散液を滴下し、基板Ｗの所定位置に着弾した分散液の一部、好ましくは分散液の略半分が上記凝集したスペーサＳの領域にかかるように分散液を滴下できる速度に設定する（高速塗布）。これにより、２回目塗布におけるスペーサＳが、１回目塗布の後凝集した位置に凝集するようになり、基板の所定位置に精度よくスペーサが配置される（図４（ｂ）参照）。

このように本発明においては、１回目塗布を比較的遅い速度で行い、精度よく分散液を塗布し、乾燥後の２回目塗布を比較的速い速度で行うことで、２回目塗布時に多少滴下位置の精度が悪くなっても、当初スペーサＳが凝集した位置に次の分散液中のスペーサＳが凝集するようになる。このため、従来技術のように、複数個のスペーサＳが凝集して形成されるスペーサ部ＳＰの配置位置精度が悪くなることはなく、しかも、複数回に分けてスペーサＳを塗布するときの塗布速度を向上することができ、結果として、スペーサＳの個数の揃ったスペーサ部ＳＰを高い生産性で形成できる。

また、複数回に分けて塗布する際に、圧電素子７ｄに異なるパルス波形の駆動電圧を印加するものではないので、サテライトやミストといった吐出不良が発生し難くでき、基板Ｗの全面に亘る複数箇所への分散液の塗布が終了した後に、ステージ３を移動させながら溶剤の乾燥を行うこと相まって一層生産性を向上することができる。

なお、上記実施の形態では、分散液の塗布を２回に分けて行うものを例として説明したが、塗布の回数には制限はなく、本発明を適用してスペーサ部ＳＰを形成できる。また、同一のノズル７で同一位置への分散液の滴下を行うようにしたが、吐出速度及び飛翔角が所定の範囲に含まれるように各ノズル７が調節されているような場合には、ノズル７を代えて塗布することも可能である。

実施例１では、図１に示すインクヘッド式の微粒子塗布装置Ｍを用い、また、基板として、サイズが３７０×４７０ｍｍで６４列の画素を囲むように遮光膜Ｐが設けられたものを用いて、当該遮光膜がＴ字状又は十字状に交差する部分に、スペーサの凝集体からなるスペーサ部を形成した。この場合、微粒子塗布装置Ｍの１個の塗布ヘッド６のノズル本数は６４本、各ノズルのノズル径が２７μｍとした。さらに、スペーサとして、積水化学工業社製で平均粒子径が３．６μｍ、溶剤としてイソプロピルアルコール、エチレングリコール等の混合液を用い、これに上記スペーサを分散させた分散液を用いた（濃度１．８重量％）。

そして、液滴の吐出速度を４ｍ／ｓ、吐出液滴の体積を１５ｐｌに設定し、塗布ヘッド６の各ノズル７から分散液を基板上に滴下して塗布した後（１回目塗布）、１回目塗布時から移動速度を代えて同一のノズル７から分散液を基板上に滴下して塗布した（２回目塗布）。このときの１回目塗布の移動速度は１００ｍｍ／ｓ（低速）、及び２回目塗布の移動速度５００ｍｍ／ｓ（高速）とした。なお、以下においては、低速及び高速の移動速度は、上記と同じ速度をいう。

比較例として、上記実施例１と同一の条件で塗布を行ったが、移動速度を変えた。ここで、比較例１では、移動速度を低速に設定して１回だけ塗布を行い、比較例２では、移動速度を高速に設定して１回だけ塗布を行い、比較例３では、移動速度を低速に設定して１回目塗布を行い、乾燥後に再度低速に設定して２回目塗布を行い、比較例４では、移動速度を高速に設定して１回目塗布を行い、乾燥後に低速に設定して２回目塗布を行い、比較例５では、移動速度を低速に設定して１回目塗布を行い、乾燥前に高速に設定して２回目塗布を行った。

図５は、１列あたりのスペーサの個数の平均値及び標準偏差値、ＣＣＤカメラ９を用いて滴下位置ｄＸ、ｄＹの平均値及び標準偏差値並びに塗布時間を測定した結果を示す表である。なお、滴下位置ｄＸ、ｄＹは、基板Ｗ上での目標滴下位置からのずれを測定したときの「標準偏差値×３」（３σ）を表しており、値か小さい程、精度が向上していることを示す。

これによれば、実施例１の塗布方法を用いれば、滴下位置ｄＸ、ｄＹの精度がばらつくことなく、スペーサのばらつきを一回で塗布した場合と比較して小さくでき、その上、塗布時間も比較的短くできることが判る。

本発明のインクジェット式の微粒子塗布装置を示す側面図。 図１の微粒子塗布装置を用いたスペーサ分散液の塗布を説明する平面図。 塗布ヘッドの構成を模式的に説明する図。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の塗布方法で分散液を塗布した状態を説明する図。 実施例１として本発明の効果を示すための実験結果を示す表。

符号の説明

Ｍ インクジェット式の塗布装置
３ ステージ
６ 塗布ヘッド
７ ノズル
７ｄ 圧電素子
９ ＣＣＤカメラ（測定手段）
Ｇ 遮光膜
Ｓ スペーサ（微粒子）
ＳＰ スペーサ部
Ｗ 基板（処理対象物）

Claims (4)

1. 処理すべき基板を１軸方向に移動自在なステージで保持し、
   前記ステージの移動方向をＸ軸方向として、当該Ｙ軸方向に移動自在な塗布ヘッドの少なくとも１個のノズルに対して微粒子を溶剤に分散させた分散液を供給し、前記塗布ヘッドと基板とを相対移動させて前記ノズルにより基板上の所定位置に分散液を滴下して塗布する微粒子の塗布方法において、
   前記基板上の同一位置へのノズルによる分散液の滴下を複数回行い、一回の塗布が終了する毎に分散液の溶剤を乾燥させることを特徴とする微粒子塗布方法。
2. 前記溶剤を蒸発させた後、基板の同一位置にノズルにより分散液を塗布する場合に、各ノズルと基板との相対移動速度を速くすることを特徴とする請求項１記載の微粒子塗布方法。
3. 前記基板の全域に亘る複数箇所への分散液の塗布が終了した後、前記溶剤の乾燥を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の微粒子塗布方法。
4. 前記微粒子は、液晶表示装置にてセルギャップを維持するスペーサ部形成用のスペーサであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の微粒子塗布方法。
   

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