JP2013206858A

JP2013206858A - 紫外線硬化膜の形成方法及び装置

Info

Publication number: JP2013206858A
Application number: JP2012077734A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Narita; 悠成田
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】基板上に紫外線硬化膜を形成するに際し、紫外線照射装置の大型化を回避しつつ、良好な紫外線硬化膜を形成すること。
【解決手段】紫外線硬化膜の形成方法であって、紫外線照射工程で紫外線が照射される塗布液膜３の膜厚を、照射始端部Ａの側で薄く、照射終端部Ｂの側で厚く設定してなるもの。
【選択図】図２

Description

本発明は紫外線硬化膜の形成方法及び装置に関する。

従来、基板上に塗布した有機ＥＬ層の機能性膜を酸素や水分から遮断し、有機ＥＬ層の特性劣化を防止するため、特許文献１に記載の如く、有機ＥＬ層に保護膜となる塗布液膜を塗布し、この塗布液膜に紫外線（以下ＵＶという）を照射することによって該塗布液膜を硬化させ、有機ＥＬ層の保護膜とするものがある。

特許文献１に記載の紫外線硬化膜の形成方法では、基板上の有機ＥＬ層に対する保護膜の膜形成領域に塗布された塗布液膜の全面にＵＶを一括して照射し、該塗布液膜を硬化させている。

特開2006-261073

従来技術では、基板上の保護膜形成領域の全面にＵＶを一括して照射するため、基板が大型化すると、ＵＶ照射装置がその分だけ大型化する。

そこで、基板上の保護膜形成領域にＵＶを照射するＵＶ照射部をライン状の構成とし、ライン状のＵＶ照射部と基板とを相対移動（基板の面（保護膜の形成面）方向に）させながら、ＵＶを照射する方法が考えられる。

ところが、ライン状のＵＶ照射部と基板とを相対移動する方法では、面状に塗布された塗布液膜がＵＶ照射部により最初に照射される照射始端部から最後に照射される照射終端部に向けて順に硬化するが、塗布液が硬化するときに硬化収縮を生ずる。そのため、先に硬化した塗布液側に未硬化の塗布液が、硬化収縮によって減少した量（体積）分だけ順に引寄せられ、後に硬化される部分で保護膜の膜厚が薄くなる。

即ち、図５に示す如く、基板１上に塗布した機能性膜２に、塗布装置２０を用いて保護膜となる塗布液膜３を塗布し、ライン状のＵＶ光源をもつＵＶ照射装置３０を用いて該塗布液膜３を硬化させて保護膜４とする方法を示している。Ｙは基板移動ステージの移動方向を示している。図５（Ａ）は、塗布装置２０によって機能性膜２に塗布された複数の液滴が濡れ広がり、一体化して形成された塗布液膜３を示す。塗布液膜３は基板１上の保護膜形成領域の全面で均一な膜厚となっている。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の均一な膜厚で塗布された塗布液膜３をＵＶ照射装置３０のライン状光源により照射して硬化させたとき、保護膜４の硬化膜厚は照射始端部Ａの側で厚く、照射始端部Ａの側に塗布液が引き寄せられた照射終端部Ｂの側で薄くなるものを示している。保護膜の膜厚が所定の膜厚以上でないと、有機ＥＬ層の保護膜の場合、酸素や水分を十分に遮断できず、有機ＥＬ層の特性劣化が生じる問題がある。

本発明の課題は、基板上に紫外線硬化膜を形成するに際し、紫外線照射装置の大型化を回避しつつ、良好な紫外線硬化膜を形成することにある。

請求項１に係る発明は、基板上に塗布液を塗布して塗布液膜を形成する塗布工程と、ライン状の紫外線照射部と前記塗布液膜が形成された基板とを相対移動させる過程で、前記基板上の塗布液膜が前記紫外線照射部により紫外線が最初に照射される照射始端部から前記紫外線が最後に照射される照射終端部に向けて前記紫外線を順に照射して該塗布液膜を硬化する紫外線照射工程とを有してなる紫外線硬化膜の形成方法であって、前記紫外線照射工程で紫外線が照射される前記塗布液膜の膜厚を、前記照射始端部の側で薄く、前記照射終端部の側で厚く設定してなるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記塗布工程において、単位面積当たりの塗布液の塗布量が前記照射始端部側で少なく、前記照射終端部側で多くなるように、前記基板上に塗布液を塗布することで、前記基板上に形成される前記塗布液膜の膜厚を、前記照射始端部側を薄く、前記照射終端部側を厚く設定してなるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において更に、前記塗布工程において、塗布液膜を、インクジェット方式により形成してなるようにしたものである。

請求項４に係る発明は、基板上に塗布液を塗布して塗布液膜を形成する塗布装置と、ライン状の紫外線照射部を有し、このライン状の紫外線照射部と前記塗布液膜が形成された基板とを相対移動させる過程で、前記基板上の塗布液膜が前記紫外線照射部により紫外線が最初に照射される照射始端部から前記紫外線が最後に照射される照射終端部に向けて前記紫外線を順に照射して該塗布液膜を硬化させる紫外線照射装置とを有してなる紫外線硬化膜の形成装置であって、前記紫外線照射装置により前記紫外線が照射される前記塗布液膜の膜厚を、前記照射始端部の側で薄く、前記照射終端部の側で厚く設定する膜厚設定手段を有するようにしたものである。

請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において更に、前記塗布装置により、単位面積当たりの塗布液の塗布量が前記照射始端部側で少なく、前記照射終端部側で多くなるように、前記基板上に塗布液を塗布することで、前記基板上に形成される前記塗布液膜の膜厚を、前記照射始端部側を薄く、前記照射終端部側を厚く形成してなるようにしたものである。

請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において更に、前記塗布装置は、インクジェット方式によって塗布液を吐出する塗布ヘッドを有してなるようにしたものである。

本発明によれば、基板上に紫外線硬化膜を形成するに際し、紫外線照射装置の大型化を回避しつつ、良好な紫外線硬化膜を形成することができる。

図１はＵＶ硬化膜形成装置を示す模式図である。図２は実施例１のＵＶ硬化膜形成方法を示す模式図である。図３は実施例２のＵＶ硬化膜形成方法を示す模式図である。図４は実施例３のＵＶ硬化膜形成方法を示す模式図である。図５は比較例のＵＶ硬化膜形成方法を示す模式図である。

図１に示す実施例１のＵＶ（紫外線）硬化膜形成装置１０は、架台１１にＹ軸移動装置１２を設け、このＹ軸移動装置１２によりＹ軸方向に移動される基板ステージ１３を備える。基板ステージ１３には基板１が搭載される。基板ステージ１３に搭載される基板１には、有機ＥＬ層の機能性膜２が予め形成されている。

ＵＶ硬化膜形成装置１０は、塗布装置２０を有する。塗布装置２０は、架台１１に設けた門型支持フレーム２１にインクジェット方式の塗布ヘッド２２を備える。塗布ヘッド２２の下面には、複数のノズルが、基板ステージ１３に搭載される基板１のＹ軸方向に直交する方向である、Ｘ軸方向（不図示）に沿って配列されて形成されている。各ノズルには、それぞれ液室が連通されており、各液室はそれぞれ圧電素子を備えている。塗布装置２０の各ノズルに対応する圧電素子の作動制御により、各液室に供給された塗布液の所望量を、各ノズルから基板１のＸ軸方向に沿う各領域に同時に吐出する。

塗布装置２０は、Ｙ軸移動装置１２によりＹ軸方向に移動される基板ステージ１３上の基板１が、塗布ヘッド２２に対して相対移動する過程で、基板１の膜形成領域に向けて塗布液を吐出し、基板１に設けられている機能性膜２の上に塗布液膜３を形成する。

ＵＶ硬化膜形成装置１０は、ＵＶ照射装置３０を有する。ＵＶ照射装置３０は、架台１１に設けた門型フレーム３１にライン状のＵＶ照射部３２を備える。ＵＶ照射部３２は、基板ステージ１３に搭載される基板１のＹ軸方向に直交する方向である、Ｘ軸方向に沿ってライン状の反射板３３、ライン状のＵＶ光源３４を有し、基板１のＸ軸方向に沿う長手領域にＵＶを照射する。尚ここで、紫外線を照射するＵＶ光源３４としては、水銀ランプやキセノンランプ、メタルハライドランプ等の紫外線ランプや、紫外線発光ダイオード等をライン状に配列したものを用いることができる。

ＵＶ照射装置３０は、上記塗布液膜３が塗布された基板１がＹ軸移動装置１２により、ライン状のＵＶ照射部３２に対してＹ軸方向に相対移動する過程で、基板１上の塗布液膜３がＵＶ照射部３２により最初に照射される照射始端部Ａから最後に照射される照射終端部Ｂに向けて順に該塗布液膜３を硬化させて保護膜４とする。ここで、基板１上の塗布液膜３における照射始端部Ａは、紫外線を照射する際の基板１の移動方向における先頭側の端部であり、照射終端部Ｂは、移動方向における後尾側の端部である。

ＵＶ硬化膜形成装置１０によるＵＶ硬化膜の形成方法は以下の通りになされる。
(1)基板１を基板ステージ１３に搭載する。基板１は有機ＥＬ層の機能性膜２を予め形成されている。

(2)塗布工程
塗布装置２０の塗布ヘッド２２により基板１に形成されている機能性膜２の上における膜形成領域に塗布液を塗布し、塗布液膜３を形成する。塗布液膜３は、例えばＳｉ、Ｎ及びＯを主たる構成元素とする材料（Ｓｉ酸窒化物）で構成され、ＵＶが照射されて硬化し、有機ＥＬ層を外部の酸素や水分から保護する保護膜４となる。

塗布装置２０は、Ｙ軸移動装置１２によりＹ軸方向に移動される基板ステージ１３上の基板１が塗布ヘッド２２に対して相対移動する過程で、後工程のＵＶ照射装置３０において照射始端部Ａとなる側から照射終端部Ｂとなる側に向けて順に塗布液膜３を塗布する。尚、塗布装置２０とＵＶ照射装置３０とはＹ軸移動装置１２による基板１の搬送方向に対して直列的に配置されていることから、照射始端部Ａは、塗布装置２０による基板１上の膜形成領域に対する塗布液の塗布開始端部に相当し、照射終端部Ｂは塗布終了端部に相当する。

本実施例では、この塗布工程で形成される塗布液膜３を、後工程のＵＶ照射装置３０で照射始端部Ａとなる側を薄く、照射終端部Ｂとなる側に近付くにつれて厚くなるように形成する。尚、照射始端部Ａと照射終端部Ｂの間で、塗布液膜３の膜厚は直線状に変化することが好ましいが、段階的に変化するものであっても良い。

このような塗布液膜３を形成するには、基板１上に塗布される塗布液の単位面積当たりの塗布量がＵＶ照射装置３０で照射始端部Ａとなる側から照射終端部Ｂとなる側に向かうにしたがって徐々に増加するように、塗布液を塗布するようにすれば良い。

ここで、単位面積当たりの塗布量を徐々に多くする塗布方法としては、塗布ヘッド２２のノズルからの塗布液の吐出量を変化させる方法、ノズルから塗布液の吐出間隔を変化させる方法、又は、基板ステージ１３の移動速度を変化させる方法等があげられる。

より具体的には、塗布ヘッド２２の各ノズルからの塗布液の吐出間隔と基板ステージ１３の移動速度とを一定に保った状態で、塗布ヘッド２２の各ノズルから吐出される塗布液の吐出量を塗布終了端部側に近付くほど増加するように制御する。また、塗布ヘッド２２の各ノズルからの塗布液の吐出量と基板ステージ１３の移動速度とを一定に保った状態で、塗布ヘッド２２の各ノズルからの塗布液の吐出間隔を塗布終了端部側に近付くほど短くなるように制御する。また更に、塗布ヘッド２２の各ノズルからの塗布液の吐出量と吐出間隔とを一定に保った状態で、基板ステージ１３の移動速度を塗布終了端部側に近付くほど低下するように制御する。このような制御を行なうことにより、単位面積当たりに塗布される塗布液の量を、照射始端部Ａ側から照射終端部Ｂ側に向けて徐々に増加させることができる。

これらの方法により塗布された塗布液は、互いに付着し合って塗布膜を形成することとなるが、その膜厚は上述したように、照射始端部Ａ側から照射終端部Ｂ側に近付くにつれて徐々に厚くなるように形成される。つまり、本実施例１では、塗布装置２０が膜厚設定手段を兼用する。尚、前述の塗布方法は、２つ或いは全てを組合せて用いることも可能である。

(3)ＵＶ照射工程
ＵＶ照射装置３０のライン状のＵＶ照射部３２により上述(2)で基板１上の機能性膜２に塗布された塗布液膜３にＵＶを照射する。

ＵＶ照射装置３０は、上記塗布液膜３が塗布された基板１がＹ軸移動装置１２により、ライン状のＵＶ照射部３２に対して相対移動する過程で、基板１上の塗布液膜３がＵＶ照射部３２により最初に照射される照射始端部Ａから最後に照射される照射終端部Ｂに向けて順に、該塗布液膜３を硬化させて保護膜４とする。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)ＵＶ照射装置３０によりＵＶ照射工程でＵＶが照射される塗布液膜３の膜厚を、照射始端部Ａの側で薄く、照射終端部Ｂの側で厚く設定する。

ここで、基板１上の機能性膜２の上に面状に形成された塗布液膜３がＵＶ照射装置３０により最初に照射される照射始端部Ａから最後に照射される照射終端部Ｂに向けて順に硬化し、塗布液は硬化するときに硬化収縮を生ずる。これにより、先に硬化した照射始端部Ａの側の塗布液の硬化収縮によって未硬化の塗布液が照射始端部Ａの側に引寄せられる。しかしながら、塗布液膜３の膜厚は、硬化収縮によって照射始端部Ａの側に引寄せられることによって生じる塗布液の移動分を相殺するように、予め、照射始端部Ａの側で薄く、照射終端部Ｂの側で厚く設定されているから、硬化後の保護膜４は全面で所定の膜厚に保たれて均一で良好なものになる。

従って、基板１上に塗布した機能性膜２のための保護膜４の膜厚が均一になり、有機ＥＬ層のための保護膜４の場合、酸素や水分を十分に遮断し、有機ＥＬ層の特性劣化を生ずることがない。尚ここで、所定の膜厚とは、酸素や水分を遮断するに十分な膜厚であり、均一とは、所定の膜厚に対して許容される範囲内に保たれた状態にあることである。

(b)上述(a)の塗布液膜３の膜厚分布を、塗布装置２０による塗布液の塗布段階で制御することにより、簡易かつ高精度に設定できる。

(c)上述(b)の塗布液膜３の膜厚分布を、インクジェット方式塗布ヘッド２２を用いた各ノズル毎の圧電素子の作動制御により、簡易かつ高精度に設定できる。

尚、本発明において、ＵＶ照射により硬化して保護膜となる塗布液膜の膜厚が、照射始端部Ａの側で薄く、照射終端部Ｂの側に近付くにつれて厚くなるように設定されてなる塗布液膜の膜厚分布は、塗布装置２０による塗布液の塗布段階でなく、ＵＶ照射装置３０によりＵＶ照射されるＵＶ照射工程に至るまでの間に付与されるものであれば良い。

図３に示した実施例２は、塗布装置２０により塗布液膜３を均一な膜厚で形成した後、ＵＶ照射装置３０によってＵＶが照射されるまでの間に、基板１を所定角度θ傾斜させ、塗布液膜３の膜厚をＵＶ照射装置３０による照射始端部Ａの側に比べて、照射終端部Ｂの側でより厚くなるように設定したものである。

つまり、この実施例２においては、塗布液膜３が形成された基板１を所定角度θ傾斜させる手段を膜厚設定手段としたものである。そして、このような膜厚設定手段は、基板１を支持する基板ステージと、基板ステージを任意の角度で傾斜させる傾動装置と、この傾動装置によって基板ステージを所定の傾斜角度θに保持する時間を設定する設定部と、基板ステージを所定の傾斜角度θで傾斜させている時間をカウントする計時手段（タイマー）とを用いて構成することができる。

図４に示した実施例３は、塗布装置２０により塗布液膜３を均一な膜厚で形成した後、ＵＶ照射装置３０によってＵＶが照射されるまでの間に、気体噴射装置４０を用いて、ＵＶ照射装置３０による照射始端部Ａの側から照射終端部Ｂの側に向けて、基板１の表面に沿って気体を噴射させるものである。これにより、塗布液膜３の膜厚をＵＶ照射装置３０による照射始端部Ａの側に比べて、照射終端部Ｂの側でより厚くなるように設定したものである。

つまり、この実施例３は、気体噴射装置４０を膜厚設定手段として構成したものである。この場合、気体噴射装置４０としては、基板１に形成された塗布液膜３上に基板１面に沿って流れる層流状態の気体の流れを生じさせる、塗布液膜３をカバーする長さのスリット状の開口を備えたノズルと、ノズルから噴射させる気体の流速を制御する流速制御部と、気体の流速及び気体の噴射持続時間を設定する設定部と、気体を噴射させている時間をカウントする計時手段（タイマー）とを用いて構成することができる。尚、塗布液膜３が揮発成分を含む場合等、気体の吹付けによって乾燥が促進されるような場合には、気体噴射装置４０から噴射させる気体に溶媒蒸気等を含ませ、塗布液膜３の乾燥を抑制することも可能である。

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。例えば、塗布装置２０による塗布液膜は、インクジェット方式によるものに限らず、スリットコート法等の他の方法により塗布されるものでも良い。

また、塗布ヘッド２２やＵＶ照射光源３２に対して基板１（基板ステージ１３）を移動させる例で説明したが、相対的に移動しさえすれば良いので、塗布ヘッド２２やＵＶ照射光源３２を基板１に対して移動させるようにしても良く、塗布ヘッド２２と基板１、ＵＶ照射光源３２と基板１を互いに反対方向へ同時に移動させるようにしても良い。

また、紫外線硬化膜が有機ＥＬ層を酸素や水分から遮断するための保護膜４であるもので説明したが、これに限られるものではなく、絶縁機能や導電機能等他の機能を備えた膜であっても良い。

本発明は、基板上に塗布液を塗布して塗布液膜を形成する塗布工程と、ライン状の紫外線照射部と前記塗布液膜が形成された基板とを相対移動させる過程で、前記基板上の塗布液膜が前記紫外線照射部により紫外線が最初に照射される照射始端部から前記紫外線が最後に照射される照射終端部に向けて前記紫外線を順に照射して該塗布液膜を硬化する紫外線照射工程とを有してなる紫外線硬化膜の形成方法であって、前記紫外線照射工程で紫外線が照射される前記塗布液膜の膜厚を、前記照射始端部の側で薄く、前記照射終端部の側で厚く設定する。これにより、基板上に紫外線硬化膜を形成するに際し、紫外線照射装置の大型化を回避しつつ、良好な紫外線硬化膜を形成することができる。

１基板
２機能性膜
３塗布液膜
４保護膜
１０ＵＶ硬化膜形成装置
２０塗布装置
２２インクジェット塗布ヘッド
３０ＵＶ照射装置
３２ライン状ＵＶ照射部
Ａ照射始端部
Ｂ照射終端部

Claims

基板上に塗布液を塗布して塗布液膜を形成する塗布工程と、
ライン状の紫外線照射部と前記塗布液膜が形成された基板とを相対移動させる過程で、前記基板上の塗布液膜が前記紫外線照射部により紫外線が最初に照射される照射始端部から前記紫外線が最後に照射される照射終端部に向けて前記紫外線を順に照射して該塗布液膜を硬化する紫外線照射工程とを有してなる紫外線硬化膜の形成方法であって、
前記紫外線照射工程で紫外線が照射される前記塗布液膜の膜厚を、前記照射始端部の側で薄く、前記照射終端部の側で厚く設定してなることを特徴とする紫外線硬化膜の形成方法。
前記塗布工程において、単位面積当たりの塗布液の塗布量が前記照射始端部側で少なく、前記照射終端部側で多くなるように、前記基板上に塗布液を塗布することで、前記基板上に形成される前記塗布液膜の膜厚を、前記照射始端部側を薄く、前記照射終端部側を厚く設定してなることを特徴とする請求項１に記載の紫外線硬化膜の形成方法。
前記塗布工程において、塗布液膜を、インクジェット方式により形成してなることを特徴とする請求項２に記載の紫外線硬化膜の形成方法。
基板上に塗布液を塗布して塗布液膜を形成する塗布装置と、
ライン状の紫外線照射部を有し、このライン状の紫外線照射部と前記塗布液膜が形成された基板とを相対移動させる過程で、前記基板上の塗布液膜が前記紫外線照射部により紫外線が最初に照射される照射始端部から前記紫外線が最後に照射される照射終端部に向けて前記紫外線を順に照射して該塗布液膜を硬化させる紫外線照射装置とを有してなる紫外線硬化膜の形成装置であって、
前記紫外線照射装置により前記紫外線が照射される前記塗布液膜の膜厚を、前記照射始端部の側で薄く、前記照射終端部の側で厚く設定する膜厚設定手段を有することを特徴とする紫外線硬化膜の形成装置。
前記塗布装置により、単位面積当たりの塗布液の塗布量が前記照射始端部側で少なく、前記照射終端部側で多くなるように、前記基板上に塗布液を塗布することで、前記基板上に形成される前記塗布液膜の膜厚を、前記照射始端部側を薄く、前記照射終端部側を厚く形成してなることを特徴とする請求項４に記載の紫外線硬化膜の形成装置。
前記塗布装置は、インクジェット方式によって塗布液を吐出する塗布ヘッドを有してなることを特徴とする請求項５に記載の紫外線硬化膜の形成装置。