JP2011125855A - 塗布装置及びその動作方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
本発明は塗布装置及び塗布方法に関し、ペーストパターン形成時に安定したペーストパターンを形成する装置及び方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明の実施形態は、基板を準備するステップと、前記基板にペーストを塗布するステップと、を含み、ペースト塗布速度が加速又は減速される区間を持ち、前記加速又は減速される区間での塗布圧力変化がN個の段階で段階毎に行われる。前記ペーストを塗布するステップは、ペースト塗布の加速又は減速される区間での塗布圧力変化を段階化する段階化個数Nを算出するステップと、前記加速又は減速される区間でのペースト塗布加速度を算出するステップと、前記加速又は減速される区間での塗布圧力を前記N個の段階毎に変化させながら、前記算出された塗布加速度でペーストを塗布するステップと、を含む。
【選択図】 図6

Description

本発明は塗布装置及び塗布方法に関し、ペーストパターン形成時に安定したペーストパターンを形成する装置及び方法に関する。
平板状の基板にペーストを塗布する塗布装置は、上部基板と下部基板がそれぞれ配置されるステージと、ステージ上の基板にペーストを吐出するノズルを備えるディスペンサーと、基板とノズルとの間のギャップを測定するセンサーと、ディスペンサーを上昇・下降させる駆動部と、ディスペンサーを水平移動させる移送部と、ディスペンサーの動作を制御する制御部と、を含む。
塗布装置を利用して基板上にパターンを形成するためには、まず、センサーを利用して基板とノズルとの間のギャップを測定する。そして、ディスペンサーを上昇又は下降させて、前記基板とノズルの間のギャップを調節する。以後、ノズルから原料物質を吐出しながらディスペンサーを移動させて、所望の形態のペーストパターンを形成する。
例えば、単一パネル用基板の端にペーストパターンを形成する場合、ペーストパターン110は図1に示すような形を持つ。図1に示すように、ペーストパターン110は基板100上の端で基板100の中央を取り囲む形を持つ。ここで、ペーストパターン110は、基板100の各コーナーを除いた端に位置する部分が均一な幅及び高さを持つ直線部113から成る。そして、ペーストパターン110は全体にわたって均一な幅及び高さを持つように、基板100の各コーナーに位置する部分が曲線部112から成る。
従って、スタート地点111を起点として塗布が始まり、直線部113及び曲線部112を回って、またスタート地点の直前にある終了地点114に到逹することで、ペーストパターン110が形成される。一般的にペーストディスペンサーは塗布時間を短縮するために高速でペーストを塗布することが望ましい。
ところが、ペースト塗布作業のためにスタート地点111又は終了地点114でディスペンサーやステージが出発又は到着する過程で、ステージに与えられる衝撃が発生する。同じく、曲線部112に進入するか曲線部112を脱する過程で衝撃が発生する。
その結果、ペーストパターンのスタート地点111、終了地点114及び曲線部112の幅と高さと、直線部113の幅及び高さが一定にならない問題がある。
本発明の解決しようとする技術的課題は、幅及び高さが均一なペーストパターンを形成する方法を提供することである。また、本発明の技術的課題は、スタート地点、終了地点及び曲線部の幅及び高さを直線部の幅及び高さと同じくすることで、パターニングされたペーストの品質を高めることである。また、本発明の技術的課題は、ペースト塗布時に加速又は減速される区間での塗布圧力制御方法を提供することである。また、本発明の技術的課題は、加速又は減速される区間で段階毎の塗布圧力を制御する時に行われる加速度の制御方法を提供することである。
本発明の実施形態は、基板を準備するステップと、前記基板にペーストを塗布するステップと、を含み、ペースト塗布速度が加速又は減速される区間を持ち、前記加速又は減速される区間での塗布圧力変化がN個の段階で段階毎に行われる。
前記ペーストを塗布するステップは、ペースト塗布の加速又は減速される区間での塗布圧力変化を段階化する段階化個数Nを算出するステップと、前記加速又は減速される区間でのペースト塗布加速度を算出するステップと、前記加速又は減速される区間での塗布圧力を前記N個の段階毎に変化させながら、前記算出された塗布加速度でペーストを塗布するステップと、を含む。
前記加速又は減速される区間は、ペースト塗布スタート地点から加速されて直線部の定速度に逹するまでのスタート区間、直線部の定速度から減速されてペースト塗布終了地点に到着するまでの終了区間、曲線部減速スタート地点から曲線部進入地点までの曲線部進入区間、曲線部終了地点から曲線部加速終了地点までの曲線部離脱区間の内いずれか一つ以上を含む。
本発明の実施形態は、シリンジに置かれたペーストがガス圧力によって塗布される少なくとも一つのディスペンサーと、ガス圧力の量を調節して前記シリンジに提供する圧力調節部と、前記ディスペンサーを移送させる移送部と、ペースト塗布速度を加速又は減速させるように前記移送部を制御し、塗布速度が加速又は減速される区間で塗布圧力を段階毎に加圧又は減圧させるように圧力調節部を制御する制御部と、を含む。
本発明の実施形態によれば、ペースト塗布時に曲線部進入や離脱の時に加減速と同時に塗布圧力変化を段階毎に行うことで、曲線部で均一な塗布量を維持することができる。また、ペースト塗布のスタート地点及び終了地点で行われる加減速と同時に塗布圧力を段階毎に行うことで、スタート地点及び終了地点で均一な塗布量を維持することができる。従って、基板に塗布されるペーストパターンの形態、即ち幅及び高さを均一に形成することができる。また、多数のディスペンサーを一つの駆動手段で加減速の移送を制御する時に、加速又は減速される区間での塗布圧力を段階毎に制御することで、全体的なディスペンサーの塗布品質を最高に維持することができる。
図1は、ペーストパターンを示した概念図である。 図2は、本発明の実施形態による塗布装置の斜視図である。 図3は、本発明の実施形態によるディスペンサーの断面図である。 図4は、本発明の実施形態による塗布装置のブロック図である。 図5は、本発明の実施形態によってペースト塗布時の塗布加速度を示したグラフである。 図6は、本発明の実施形態による加速又は減速される区間での塗布方法を示したフローチャートである。 図7は、本発明の実施形態による加速又は減速される区間での塗布速度及び段階毎の塗布圧力調節を示した図面である。
以下、添付された図面を参照して、本発明による実施形態を詳しく説明する。本発明は後述する実施形態に限定されるものではなく、相違なる形態に実現され、単にこれらの実施形態は本発明の開示が完全たるものとし、通常の知識を持った者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図中、同じ符号は同じ構成要素を示す。
図2は本発明の実施形態による塗布装置の斜視図であり、図3は本発明の実施形態によるディスペンサーの断面図である。
本発明の実施形態による塗布装置は、基板100が配置されるステージ300、ステージ300上の基板100に原料物質を吐出するノズル210を有するディスペンサー200を含む。
本発明の実施形態による基板100は、液晶表示パネルに使われる上部基板と下部基板の内いずれか一つにすることができる。この時、上部基板には図示してないが、例えば、カラーフィルターと共通電極とが形成され、下部基板には、例えば複数の薄膜トランジストと画素電極とが形成されている。そして、上部基板と下部基板とを接合させて液晶表示パネルを製作する時、前記上部基板と下部基板との間の通電のために、上部基板及び下部基板の内いずれか一つに金属ペーストで複数のパターン110を形成することが望ましい。本発明の実施形態では、シリンジ220内に保存され、基板100上に塗布される原料物質として、銀ペーストを使う。
ディスペンサー200は移送部300によってX軸及びY軸方向に移動して、基板100上にパターン110を形成する。この時、モーターとレールなどの駆動手段(駆動モーション)を利用して、ステージ100及びディスペンサー200を移動させる。もちろん、その他の多様な手段を利用することもできる。多数のディスペンサーは一つの駆動手段(駆動モーション)を通して移動が行われ、このような駆動手段は一つの移送部の制御を通して、同時にすべてのディスペンサーについての駆動が行われる。
前述ではディスペンサー200がX軸及びY軸方向に水平移動することとして説明した。しかし、これに限定されることなく、ステージ100がX軸及びY軸方向に移動して基板100に原料物質を塗布することもできる。また、ステージ100及びディスペンサー200の両方共X軸及びY軸方向に移動して原料物質を塗布することもでき、ステージ100が一軸方向に移動し、ディスペンサー200が他軸方向に移動して塗布物質を塗布することもできる。
ディスペンサー200は、シリンジ220と、ノズル210と、距離センサー240と、射出バルブ250と、ノズル210と、を含む。
前記シリンジ220は内部空間を備え、原料物質(例えば、銀ペースト)が保存され、ノズル210は、内部にシリンジ220が固定装着された本体部230下部に設置されて、シリンジ220内に保存された原料物質を基板100上に吐出する。
距離センサー240は、ノズルと離隔設置されて、ディスペンサー200のノズル210と基板100との間のギャップを測定する。射出バルブ250はNガス等のガス圧力をシリンジ220に提供する。
前記距離センサー240は、基板100とノズル210との間のギャップを測定する役割をする。このような距離センサー240は、図示しないが距離測定用光を基板100に向けて出力する発光部(図示せず)と、前記発光部(図示せず)から照射された光が受信される受光部(図示せず)とから構成される。この時、発光部(図示せず)と受光部(図示せず)とは一体に構成されるが、所定距離だけ離隔されて配置されることが望ましい。そして距離センサー240から測定された測定値を利用してディスペンサー200を上昇・下降させて、基板100とノズル210との間のギャップが、例えば、40μmになるように調節する。
前記射出バルブ250は,圧力調節部によって制御される圧力をオン/オフさせてシリンジに圧力を加える機能を有する。シリンジ220に圧力を提供することで、シリンジの原料物質をノズルを通して吐出させることができる。
場合によっては、シリンジ220とノズル210との間には、前記シリンジ220とノズル210との間の連通を制御するソレノイドバルブを備えることができる。原料物質が保存されたシリンジ220内部に圧力を加えて、ソレノイドバルブを利用してシリンジ220とノズル210との間を連通させると、前記シリンジ220内部の原料物質がノズル210に供給される。
図4は本発明の実施形態による塗布装置のブロック図である。
圧力調節部600は、圧力供給源から提供されたガス圧力の量を調節して射出バルブ250を通してシリンジで提供する。圧力供給源620から提供されるガスはバッファータンク610で浄化されて、一定の圧力で圧力調節部600に提供される。
射出バルブ250は、圧力調節部600によって制御される圧力をオン/オフさせてシリンジに圧力を加える機能を有する。シリンジ220に圧力を提供することで、シリンジ220の原料物質をノズル210を通して吐出させることができる。
移送部500は、モーター、レール等の駆動手段(駆動モーション)を利用してディスペンサー200を移動させる。もちろん、その他の多様な手段を利用することもできる。実質的にはディスペンサーが装着される塗布ヘッドをX軸及びY軸方向に移動して、結果的にディスペンサーを移送させる。
制御部400は、ペースト塗布時に加速又は減速区間で塗布圧力を段階化して、圧力調節部を通して塗布圧力を段階毎に調節する。また、このような加速又は減速区間で段階毎に塗布圧力を変化させる時にかかる総所要時間を算出して、これを根拠にして加速度を算出した後、該当の加速度として移送部を制御する。
前述の加速又は減速区間は、ペースト塗布時に塗布速度が加速又は減速される区間をいい、例えば、ペースト塗布がスタートして定速度に逹するまでの区間、ペースト塗布が定速度から停止するまでの区間、曲線部のペースト塗布のために速度を落とす区間、又は曲線部を脱して速度を上げる区間をいう。
塗布装置は特定の模様のパターン(直線及び曲線)を基板にペースト塗布するが、特に、ペーストをドローイングすることにおいて、変曲点でのディスペンサーの急速な加減速にあたる衝撃を和らげるのが重要な問題である。変曲点での急加減速による衝撃を和らげることで、震動減殺及び装備軽量化による安全性を図ることができるからである。
従って、制御部400は、塗布のスタート、終了、曲線部進入、及び離脱時の衝撃を和らげるために、適当な塗布速度で加速又は減速させ、同時に、圧力調節部600を通して加速又は減速される区間で段階毎に塗布圧力を調節する。
塗布速度の加速又は減速する例を説明すると、図5(a)に示すようにディスペンサーがスタート地点Sを出発する時に直線部の定速度まで加速させる場合、S→S1区間で加速が行われる。同じく、図5(c)に示すようにディスペンサーが終了地点Eに到逹して停止させる場合、E1→E区間で定速度を減速させて停止させる。
曲線部の場合にも、図5(b)に示すように、曲線部進入地点C2で曲線部離脱地点C3まで塗布速度を曲線部速度に落とすために曲線部進入地点以前の曲線部減速スタート地点C1から減速を行い、曲線部を脱して塗布速度を定速度に上げるために曲線部離脱地点C3から加速して曲線部加速終了地点C4まで加速を行う。
前述で定速度は直線部で塗布される速度をいい、曲線部速度は曲線部で塗布される速度をいう。
このような加速又は減速される区間(S→S1、E1→E、C1→C2、C3→C4)での塗布速度変化が行われる時、一定の幅及び厚さで安定的にペースト塗布を継続的に行うことができる。従って、このような加速又は減速される区間での安定的なペースト塗布のための塗布の加速度算出が重要である。特に、多数のディスペンサーが一つの駆動手段(駆動モーション)を通して移動制御が行われる時に重要になる。このような加速度算出方法は後述する。
一方、加速又は減速される区間で加速度制御が行われる時、一定の高さのペースト塗布のために加速又は減速される区間でこれに対応する塗布圧力変化を行わなければならない。つまり、塗布速度が遅いほど塗布圧力を低くして塗布量を少なくして、塗布速度が速いほど塗布圧力を高くして塗布量を多くする。
例えば、図5(c)に示すようにスタート地点では、塗布速度加速が行われると、塗布圧力を定速度圧力になるように高くし、同じく、減速が始まる曲線部減速スタート地点C1から減圧して変化圧力になるようにする。前述で、定速度圧力は直線部で行われる塗布圧力をいい、曲線部圧力は曲線部での塗布圧力をいう。
ところが、実際に塗布装置の使う時に塗布圧力を図5(c)のように線形的に昇圧又は減圧させることはできない。よって、塗布圧力を一度に昇圧又は減圧させる場合、各ディスペンサーの性能によって正しい制御ができないこともある。ディスペンサーは圧力制御を通しての塗布時に加圧時間及びソレノイドバルブのオン/オプ時間を要するからである。
従って、本発明の実施形態は、加速又は減速される区間で加速度制御が行われる時、安定的なペースト塗布のために加速又は減速される区間で塗布圧力変化を段階毎に行う。塗布圧力の段階化を行うことは、図2に示す多数のディスペンサー(塗布ヘッド)を一つの圧力調節部を利用して制御する時、加速又は減速される区間で塗布圧力を段階化制御することで、いろいろなディスペンサーを一つの圧力調節部で駆動する場合に発生することがある、ディスペンサー別の差を減少させることができる。
塗布の加速又は減速される区間での塗布速度及び塗布圧力制御方法を、図6のフローチャートを参照して記述する。
図6は、本発明の実施形態による加速又は減速される区間での塗布過程を示したフローチャートである。
まず、ペースト塗布の加速又は減速される区間で塗布圧力変化を段階化する段階化個数Nを算出するステップを有する(S601)。
前記加速又は減速される区間は、ペースト塗布スタート地点から加速されて直線部の定速度に逹するまでのスタート区間、直線部の定速度から減速されてペースト塗布終了地点に到着するまでの終了区間、曲線部減速スタート地点から曲線部進入地点までの曲線部進入区間、曲線部終了地点から曲線部加速終了地点までの曲線部離脱区間の内いずれか一つ以上を含む。以下、加速又は減速される区間として、曲線部減速スタート地点から曲線部進入地点までの曲線部進入区間を例として説明する。
本発明の実施形態によって加速又は減速される区間(C1→C2、C3→C4)での塗布圧力を段階化した図7(c)のグラフを参照すると、前記段階化個数Nは予め定数Nとして設定することができる。つまり、加速又は減速される区間での塗布圧力の変化段階の個数をディスペンサー性能試験などを通して予め設定することができる。
その他に、前記段階化個数Nの算出は、多数のディスペンサーについての平均的な変化圧力値を利用して算出することができる。つまり、多数のディスペンサーの性能実験を経て平均的な変化圧力を求め、これを利用して段階化個数Nを算出するのである。
即ち、段階化個数Nは多数の平均変化圧力を単位圧力あたりの変化時間で割って求め、段階化することができる。これを式で表示すれば次のようである。
下記で、定速度圧力は直線部での塗布圧力である。
加減速終了圧力は加減速が完了した後の圧力であって、直線部から曲線部区間に進入して曲線部圧力を維持すれば、曲線部圧力が加減速終了圧力に該当する。Kは圧力調節部によって塗布圧力が制御されるディスペンサーの全体の数である。
また、単位圧力あたりの変化時間は圧力調節部を通してシリンジの圧力が変化できる最小単位圧力の変化時間をいう。圧力調節部によって圧力変化が行われる時、最小限の圧力変化時間が必要である。圧力調節部から特定圧力で原料物質を吐出させる命令信号を送っても、すぐに吐出が行われることはない。ノズルで原料物質を供給するために前記原料物質が保存されたシリンジ内部に圧力を加えて射出バルブを動作させるのには、所定の時間が必要になるからである。
平均変化圧力={(第1ディスペンサーの定速度圧力−第1ディスペンサーの加減速終了圧力)+(第2ディスペンサーの定速度圧力−第2ディスペンサーの加減速終了圧力)+…+(第Kディスペンサーの定速度圧力−第Kディスペンサーの加減速終了圧力)}÷K
段階化個数N=平均変化圧力÷単位圧力あたりの変化時間
従って、平均変化圧力=580Kpaで、単位圧力あたりの変化時間が100msecであるならば、段階化個数は5.8になり、5.8を四捨五入させて6を段階化個数Nとする。
前述のように段階化個数Nを算出した後には、加速又は減速される区間でペースト塗布する加速度を算出するステップを有する(S602)。
加速又は減速される区間での塗布加速度を算出するために、まず、総加減速時間を算出した後、これを利用して加速又は減速される区間での塗布加速度を算出する。算出式は下記のようになる。
特定加減速区間での加減速の総時間T=圧力加減速ステップ数N×単位圧力あたりの変化時間msec
塗布加速度A=加減速区間距離S÷(該当の加減速区間での総加減速時間T×該当の加減速区間での総加減速時間T)
圧力加減速が行われる全体ステップ個数に単位圧力あたりの変化時間をかけると、該当の加減速区間での加減速の総時間を算出することができる。
例えば、合計10個の段階で減圧が行われ、単位圧力あたりの変化時間が1msecになるとすれば、曲線部減速スタート地点C1から曲線部進入地点C2までディスペンサー移動が行われる時に、直線部の定速度圧力から曲線部の曲線部圧力に減圧が行われる総加減速時間Tは10msecが必要となる。
従って塗布加速度Aは、曲線部減速スタート地点C1から曲線部進入地点C2までの距離÷(10msec×10msec)によって求められる。
下記は、総加減速時間Tが10msecになるとする時、曲線部減速スタート地点C1から曲線部進入地点C2までの距離によって、それぞれマッピングされる塗布加速度を示す表である。
Figure 2011125855
前述のように段階化個数及び加速度が算出されると、これによって加速又は減速される区間で塗布圧力を段階毎に変化させながら、前記算出された塗布加速度でペースト塗布を行う(S603)。
加速又は減速される区間で加速度制御を見ると、曲線部進入地点C2から1cm以前の地点を曲線部減速スタート地点C1にし、減速しようとする場合、0.01[cm/ms]の加速度で減速させる。
同じく、曲線部進入地点C2から2cm以前の地点を曲線減速スタート地点C1にして減速しようとする場合0.02[cm/ms]の加速度で減速させ、曲線部進入地点C2から3cm以前の地点を曲線部減速スタート地点C1にし、減速しようとする場合、0.03[cm/ms]の加速度で減速する。
また、加速又は減速される区間では、図7(c)に示すように算出された段階化個数N個で該当の区間を段階毎に塗布圧力を変化させる制御を行う。
一方、本発明の実施形態は、前述した曲線部の加速又は減速される区間以外でも、ペースト塗布が始まる加速区間と塗布が終わる減速区間とで、同じく塗布圧力を段階化させて変化できる。
また、本発明の実施形態は、一つの基板に複数個のディスペンサーを利用してペーストを塗布することで説明したが、単一基板にペーストを塗布する場合にも適用できる。
また、本発明の実施形態は、前記パターン形態以外にも、曲線及び直線を有するペーストパターンならば、本発明は適用できるはずである。
本発明について実施形態及び添付図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、後述される特許請求範囲によって限定される。従って、本技術分野の通常の知識を持った者なら、後述される特許請求範囲の技術的思想の範囲内で、本発明が多様に変形及び修正できると理解できるはずである。

Claims (10)

  1. 基板を準備するステップと、
    前記基板にペーストを塗布するステップと、を含み、
    ペースト塗布速度が加速又は減速される区間を持ち、前記加速又は減速される区間での塗布圧力変化がN個の段階で段階毎に行われることを特徴とする塗布装置の塗布方法。
  2. 前記ペーストを塗布するステップが、
    ペースト塗布の加速又は減速される区間での塗布圧力変化を段階化する段階化個数Nを算出するステップと、
    前記加速又は減速される区間でのペースト塗布加速度を算出するステップと、
    前記加速又は減速される区間での塗布圧力を前記N個の段階毎に変化させながら、前記算出された塗布加速度でペーストを塗布するステップと、を含む請求項1記載の塗布装置の塗布方法。
  3. 前記加速又は減速される区間が、ペースト塗布スタート地点から加速されて直線部の定速度に逹するまでのスタート区間、直線部の定速度から減速されてペースト塗布終了地点に到着するまでの終了区間、曲線部減速スタート地点から曲線部進入地点までの曲線部進入区間、曲線部終了地点から曲線部加速終了地点までの曲線部離脱区間の内いずれか一つ以上を含む請求項1又は請求項2記載の塗布装置の塗布方法。
  4. 多数のディスペンサーについての定速度圧力と加減速終了圧力との差の平均である平均変化圧力を、単位圧力あたりの変化時間で割って段階化個数N個を算出する請求項3記載の塗布装置の塗布方法。
  5. 前記塗布加速度を算出するステップが、
    前記段階毎に圧力変化した全体の総所要時間を算出するステップと、
    加減速区間÷(総所要時間×総所要時間)で加減速区間での塗布加速度を算出するステップと、を含む請求項2記載の塗布装置の塗布方法。
  6. 前記総所要時間が、段階化個数N×単位圧力あたりの変化時間によって算出されることを特徴とする請求項5記載の塗布装置の塗布方法。
  7. 前記塗布加速度を算出するステップが、加速又は減速される区間の長さを変えて、各長さ毎に塗布加速度を算出してマッピングさせる請求項5記載の塗布装置の塗布方法。
  8. シリンジに置かれたペーストがガス圧力によって塗布される少なくとも一つのディスペンサーと、
    ガス圧力の量を調節して前記シリンジに提供する圧力調節部と、
    前記ディスペンサーを移送させる移送部と、
    ペースト塗布速度を加速又は減速させるように前記移送部を制御し、塗布速度が加速又は減速される区間で塗布圧力を段階毎に加圧又は減圧させるように圧力調節部を制御する制御部と、を含む塗布装置。
  9. 前記制御部が、ペースト塗布のスタート地点、終了地点、曲線部進入前、及び曲線部離脱後には塗布速度を一定期間の間に加速又は減速させ、塗布速度が加速又は減速される区間では塗布圧力を段階化個数N個の段階で段階毎に加圧又は減圧させる請求項8記載の塗布装置。
  10. 多数のディスペンサーについての直線部での圧力と加減速終了圧力との差の平均である平均変化圧力を、単位圧力あたりの変化時間で割って段階化個数N個を算出する請求項9記載の塗布装置。
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