JP2015196123A - 塗布液塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 塗布膜を所望の膜厚に精度良く形成することができる塗布液塗布装置を提供する。
【解決手段】 塗布ヘッド７は、吐出面７ａを、吐出口７ｂの配列方向であるＸ軸方向に延びるかまぼこ型に形成されて成る。より詳細には、塗布ヘッド７の吐出面７ａは、吐出孔７ｂが開口する領域がＸ軸方向に沿う帯状の平坦面としての水平面７ａ１に形成され、この帯状の水平面７ａ１のＹ軸方向の両側部分は、塗布ヘッド７のＹ軸方向において対向する側面７Ａにつながる円弧面７ａ２に形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、塗布液塗布装置に関する。

塗布液塗布装置として、特許文献１に記載の如く、インクジェット方式の塗布ヘッドと基板とを相対的に移動させるとともに、この塗布ヘッドから吐出した塗布液を、基板の凹面や凸面の湾曲した塗布面に塗布するものがある。特許文献１では、塗布ヘッドによる塗布液の塗布動作中、塗布ヘッドを塗布面の凹凸に合わせて上下方向に移動させ、塗布ヘッドが塗布面に対してなす対向間隔を一定に維持し、塗布位置精度を確保している。

特開２０１２−０３５５５２号公報

ところが、湾曲した塗布面に対して塗布液を塗布する場合、塗布ヘッドが塗布面に干渉することがある為、吐出面と塗布面との対向間隔を所望の対向間隔に維持できないということが生じる。

すなわち、インクジェット式の塗布ヘッドは、吐出面が矩形状の平坦面に形成されており、通常、その大きさは、塗布ヘッドの外形寸法と同等の寸法に形成されている。

このような塗布ヘッドを用いて、図９に示すような、下側に向って凸形状に湾曲した基板Ｗの湾曲面を成す塗布面Ｗａに塗布液を塗布したとする。塗布面Ｗａの中央付近では、塗布ヘッドＨの吐出面Ｈａと塗布面Ｗａとの間に所望の対向間隔ｇを得ることが可能である。しかしながら、塗布面Ｗａの端部付近では、塗布面Ｗａの傾斜が大きくなり、塗布面Ｗａに吐出面Ｈａの縁が接触してしまう。そのため、吐出面Ｈａと塗布面Ｗａとの対向間隔はｇ１（ｇ１＞ｇ）となり、対向間隔を所望の対向間隔ｇまで狭めることができず、吐出面Ｈａと塗布面Ｗａとの間に所望の対向間隔ｄ０を得ることができなくなってしまう。

このように、吐出面Ｈａと塗布面Ｗａとの間に所望の対向間隔ｄ０を得ることができない塗布面Ｗａの端部側において塗布液の塗布位置精度が低下してしまい、例えば、塗布面Ｗａに塗布膜を形成する場合には、塗布面Ｗａの端部側で塗布膜の膜厚にバラツキが生じてしまい、塗布面Ｗａ全域で均一な膜厚の塗布膜を形成することができなくなるということがある。

本発明は、塗布膜を所望の膜厚に精度良く形成することができる塗布液塗布装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る塗布液塗布装置は、湾曲した塗布面を備えた基板とインクジェット式の塗布ヘッドとを相対的に移動させ、塗布ヘッドの吐出口から吐出させた塗布液を前記湾曲した塗布面に塗布する塗布液塗布装置であって、
前記塗布ヘッドと前記基板とを前記塗布面の湾曲する方向に沿って相対移動させる移動装置を備え、
前記塗布ヘッドは、前記吐出口が開口する吐出面における前記相対移動方向の両端部を円弧面に形成してなるものである。

本発明によれば、塗布膜を所望の膜厚に精度良く形成することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る塗布液塗布装置の全体構成を示す正面図である。 図２は、図１の平面図である。 図３は、塗布ヘッドの構成を示す斜視図である。 図４は、塗布ヘッドの吐出面の一例を示す模式図である。 図５は、塗布動作時の基板と塗布ヘッドの位置関係を示す図である。 図６は、塗布ヘッドの吐出面の他の例を示す模式的に示した正面図である。 図７は、塗布ヘッドの吐出面の他の例を示す模式図である。 図８は、塗布ヘッドの移動距離と、塗布ヘッドと塗布面との接触の状態を示す模式図である。 図９は、従来の塗布動作時の基板と塗布ヘッドの位置関係を示す図である。

本発明の実施の形態を図１、図２を用いて説明する。

図１、図２に示すように、塗布液塗布装置１は、架台２を有する。この架台２上には、矢印Ｙ方向に沿ってＹ軸方向移動装置３が設けられる。Ｙ軸方向移動装置３上には、基板保持装置４がＹ軸方向に移動可能に搭載される。この基板保持装置４によって基板Ｗが保持される。ここで、基板Ｗは、Ｙ軸方向が長手方向の矩形形状であり、長手方向の両端部が最も高く、長手方向の中央が最も低くなる凹面をなすように湾曲している。そのため、基板Ｗの上面（塗布面Ｗａ）は、凹面状に湾曲している。基板Ｗは、例えば、表示パネルを製造するための矩形状のガラス基板が用いられる。

Ｙ軸方向移動装置３は、基板保持装置４をＹ軸方向に移動可能に支持するものであり、リニアモータを駆動源とするリニアモータ式の移動装置やサーボモータを駆動源とする送りねじ式の移動装置などを用いることができる。

基板保持装置４は、その上面に、４本の吸着ピン５を備える。４本の吸着ピン５は、基板保持装置４のＹ軸方向における両端部付近に、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向（図示矢印Ｘ方向）に沿って２本ずつ配置される。Ｘ軸方向に沿って配置される２本の吸着ピン５は、基板保持装置４のＸ軸方における両端部付近に設けられる。また、それぞれの吸着ピン５の上端には、吸着パッド５ａが設けられる。吸着ピン５は、中心を貫通して不図示の吸引配管が設けられており、それぞれの吸着パッド５ａに真空吸着力を作用させることができるようになっている。これにより、基板保持装置４は、４つの吸着ピン５で、湾曲した基板Ｗの４つの角部付近を下側から吸着保持可能とする。

また、架台２の略中央位置には、Ｘ軸方向に沿って、基板保持装置４の移動領域を跨ぐように取付けられた門型支持フレーム６が設けられる。支持フレーム６には、塗布ヘッド７を支持する支持部材６ａが設けられる。

塗布ヘッド７は、支持部材６ａに、昇降装置８を介して昇降可能に設けられる。

この塗布ヘッド７は、インクジェット方式の塗布ヘッドであり、その下側の面には吐出面７ａを下向きに備え、この吐出面７ａに開口して設けられる複数の吐出口７ｂ（図３）が、Ｘ軸方向に沿って基板Ｗの幅全域をカバーできる範囲にわたる直線状に配列されている。なお、塗布ヘッド７の吐出口７ｂからの塗布液の吐出方向は鉛直方向（Ｚ軸方向）に設定される。

塗布ヘッド７の吐出口７ｂは、それぞれ、塗布ヘッド７内において塗布液を蓄える液室（不図示）に連通する。液室には、圧電素子等の駆動素子（不図示）によって変形される可撓性の隔壁（不図示）が設けられる。この圧電素子によって隔壁が撓み変形されることによって引き起こされる液室内の容積変化によって、吐出口７ｂから塗布液が液滴状となって吐出される。そして、圧電素子に印加する駆動電圧の大きさを変えることで吐出口７ｂから吐出させる液滴の量を調整することができ、駆動電圧の印加間隔を変更することで塗布液の吐出周波数（吐出時間間隔）を調整することができる。

そして、この塗布ヘッド７は、吐出面７ａを、吐出口７ｂの配列方向であるＸ軸方向に延びるかまぼこ型に形成されて成る。より詳細には、図３に示すように、塗布ヘッド７の吐出面７ａは、吐出孔７ｂが開口する領域がＸ軸方向に沿う帯状の平坦面としての水平面７ａ１に形成され、この帯状の水平面７ａ１のＹ軸方向の両側部分は、塗布ヘッド７のＹ軸方向において対向する側面７Ａにつながる円弧面７ａ２に形成される。

塗布ヘッド７の円弧面７ａ２の幅、つまり、円弧面７ａ２のＹ軸方向の寸法は、図４に示すように、塗布ヘッド７におけるＹ軸方向の一方側の側面７Ａ、例えば、図示右側の側面７Ａの位置から吐出口７ｂにおける当該側面７Ａ側の端部までの距離Ｌの半分の寸法Ｌ／２以上とすることが好ましい。なお、この実施の形態においては、円弧面７ａ２の幅を距離Ｌの半分の寸法（Ｌ／２）としている。なお、図４中の破線は、水平面７ａ１と円弧面７ａ２との境界を示したものである。

このような塗布ヘッド７には、不図示の塗布液供給手段によって塗布液が供給される。この塗布液としては、例えば、配向膜を形成するための配向膜溶液やレジスト膜を形成するためのレジスト液、或いは、ブラックマトリックス（ＢＭ）を形成するためのＢＭ液等を用いることができる。

また、塗布液塗布装置１は、制御装置９を備える。制御装置９は、Ｙ軸方向移動装置３による基板保持装置４の移動、塗布ヘッド７からの塗布液の吐出を制御する。更に、制御装置９は、記憶部９ａを備えており、この記憶部９ａには基板Ｗに対する塗布液の塗布に必要な各種データが記憶される。尚、各種データとは、例えば、吐出口７ｂから所定量の液滴を吐出させるために設定された圧電素子に対する駆動電圧、塗布液の吐出時間間隔（吐出周波数）や基板Ｗ上における塗布液の液滴の塗布位置を示す塗布パターンデータ、気泡やごみ等による吐出口７ｂの詰まりを回復させるために塗布液を強制的に排出させるための圧送条件等である。尚、制御装置９は、基板保持装置４に設けられる吸着ピン５の吸着パッド５ａに作用させる真空吸着力の制御も行なう。つまり、制御装置９は、吸着パッド５ａに対し、真空源から供給される吸引力のオン・オフや吸引力の大きさを制御する。

次に、塗布液塗布装置１の作動について説明する。

まず、制御装置９の制御によって基板保持装置４がＹ軸方向移動装置３上における基板Ｗの搬入／搬出作業位置（図１、図２に示す右端側の位置）に位置付けられる。そして、この位置において、基板保持装置４の吸着ピン５の上に、不図示の搬送ロボットによって基板Ｗが供給される。基板保持装置５の上に供給されると、制御装置９の制御に基づいて、吸着ピン５の吸着パッド５ａに真空源からの吸引力が作用され、基板Ｗは吸着パッド５ａによって吸着保持される。

基板保持装置４の吸着パッド５ａに基板Ｗが保持されると、制御装置９の制御によってＹ軸方向移動装置３が制御され、基板保持装置４がＹ軸方向移動装置３の反対側の端部（左端部）へ向けて記憶部９ａに記憶された移動速度で移動を開始する。

この基板保持装置４の移動中、制御装置９はＹ軸方向移動装置３に付随して設けられたリニアエンコーダ等の位置検出器（不図示）の出力に基づいて基板保持装置４のＹ軸方向の位置情報を取り込む。そして、制御装置９はこの位置情報に基づき、基板Ｗが塗布ヘッド７の下方を通過するタイミングに合わせて各圧電素子に駆動電圧を印加することで塗布ヘッド７の各吐出口７ｂから予め設定された吐出時間間隔で液滴を吐出させ、基板Ｗ上に所定の塗布パターンで塗布液を塗布する。

また、このとき制御装置９は、昇降装置８を制御し、塗布ヘッド７の吐出面７ａ、より詳しくは、帯状の水平面７ａ１と基板Ｗの吐出面との間の間隔が予め設定された対向間隔（以下、「設定ギャップ」という。）に維持されるように、基板ＷのＹ軸方向の移動に合わせて塗布ヘッド７を昇降移動させる。

すなわち、基板Ｗは、長手方向（Ｙ軸方向）の両端部、言い換えれば、基板Ｗの移動方向における前方側の端部と後方側の端部が最も高く、中央部が最もなるように低く形成されている。そこで、塗布ヘッド７は、基板保持装置４、つまり、基板Ｗの移動開始時には、基板Ｗにおける最も高い前方側の端部と水平面７ａ１との間に設定ギャップｇが得られるように、高さ位置が設定される。

そして、制御装置９は、不図示の位置検出器の出力に基づき、基板Ｗの前方側の端部が塗布ヘッド７の水平面７ａ１の下を通過したタイミングで、塗布ヘッド７の下降を開始させ、その後、水平面７ａ１と、吐出口７ｂの直下の塗布面Ｗａとの間に設定ギャップｇが維持されるように、昇降装置８を制御する。

なお、このときの昇降装置８の制御は、基板Ｗの設計データに基づいて予め設定された基板Ｗの塗布面Ｗａの曲率データに基づく計算値によって行なっても良く、塗布ヘッド７に基板Ｗの塗布面Ｗａまでの距離を測定する距離測定器を設け、この距離測定器の測定値に基づいて行なうようにしても良い。

なお、図５は、このときの、塗布ヘッド７と基板Ｗとの相対位置関係を示した模式図である。

図５において、（Ａ）は、基板Ｗに対する塗布液の塗布開始段階での基板Ｗと塗布ヘッド７との位置関係を示す。（Ｂ）は、基板Ｗの中央部に塗布液を塗布している状態での基板Ｗと塗布ヘッド７との位置関係を示す。（Ｃ）は、基板Ｗに対する塗布液の塗布終了段階での基板Ｗと塗布ヘッド７との位置関係を示す。いずれの塗布点においても、吐出面７ａと、吐出口７ｂの直下の塗布面Ｗａとの間には、設定ギャップｇが得られている。

このようにして、基板Ｗが塗布ヘッド７の下方を通過したならば、制御装置９は、基板保持装置４がＹ軸方向移動装置３の左側端部に到達した時点で、基板保持装置４の移動を停止させる。次いで、基板保持装置４を右側端部へ向けて移動させ、基板Ｗの搬入／搬出作業位置に位置付ける。

基板保持装置４が、搬入／搬出作業位置に位置付けられたならば、吸着ピン５の吸着パッド５ａに作用させている吸引力を解除する。その後、不図示の搬送ロボットによって、塗布が完了した基板Ｗが基板保持装置５上から取り出され、新たな基板Ｗが基板保持装置４に供給される。

このような動作を繰り返すことで、複数の基板Ｗに対する塗布液の塗布が順次行なわれる。

尚、基板Ｗに対する塗布液の塗布は、基板Ｗを塗布ヘッド７の下方に１回通過させることで行なう以外にも、２回以上の通過によって行なうようにしても良い。

このような実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。

長手方向（Ｙ軸方向）に凹面状に湾曲してなる基板Ｗに対し、基板Ｗの短辺方向を吐出口７ｂの配列方向に沿わした状態で、塗布ヘッド７と基板Ｗとを基板Ｗの湾曲する方向、つまり、長辺方向に相対移動させつつ、吐出面７ａと基板Ｗの塗布面Ｗａとの間を設定ギャップｇに維持し、基板Ｗの塗布面Ｗａに塗布液の塗布を行なうにあたり、塗布ヘッド７の吐出面７ａにおけるＹ軸方向の両側部分を、塗布ヘッド７のＹ軸方向において対向する側面７Ａにつながる円弧面７ａ２に形成した。このようにすることにより、凹面状に湾曲してなる基板Ｗの塗布面Ｗａに、吐出面７ａと基板Ｗの塗布面Ｗａとの間を設定ギャップｇに維持した状態で、塗布液を塗布する場合でも、塗布ヘッド７ａが基板Ｗに干渉することを有効に回避することができる。そのため、基板Ｗの塗布面Ｗａには、吐出面７ａと基板Ｗの塗布面Ｗａとの間に設定ギャップｇが維持された状態の塗布ヘッド７で、塗布液が所望の塗布位置精度で塗布されるものとなり、塗布面Ｗａに対する塗布液の着弾位置精度の低下が抑制され、塗布面Ｗｓの全域で均一な膜厚の塗布膜を形成することが可能となる。これにより、基板Ｗに形成される塗布膜の品質を向上させることができる。

また、吐出面７ａに設けた円弧面７ａ２の幅を、塗布ヘッド７における基板Ｗと塗布ヘッド７との相対移動方向、この実施の形態では、Ｙ軸方向の一方側の側面７Ａの位置から吐出口７ｂにおける当該側面７Ａ側の端部までの距離Ｌの半分の寸法に形成した。一般的なインクジェット式塗布ヘッドでは、吐出面７の短辺方向（Ｘ軸方向）の幅寸法は、２０ｍｍ程度であり、吐出口７ｂの直径は５０μｍ程度である。このため、塗布ヘッド７本体の短辺方向の幅寸法に対して、水平面７ａ１の幅寸法を略半分の寸法にすることができる。そのため、長手方向に凹面状に湾曲してなる基板Ｗに対し、基板Ｗの短辺方向を吐出口７ｂの配列方向に沿わした状態で、塗布ヘッド７と基板Ｗとを、基板Ｗの長辺方向に相対移動させつつ、吐出面７ａ（水平面７ａ１）と基板Ｗの塗布面Ｗａとの間を所望の対向間隔に維持し、基板Ｗの塗布面Ｗａに塗布液の塗布を行なう場合であっても、塗布ヘッド７の吐出面７ａが基板Ｗに干渉することを有効に回避することが可能となる。

例えば、モバイル用の表示パネルには、表示パネルの長手方向に曲率半径が４００ｍｍ程度の湾曲を有し、平面視における長手方向寸法が１５０ｍｍ程度のものがある。このような表示パネルに、幅寸法が２０ｍｍで、吐出面７ａに円弧面７ａ２のない、従来技術に記載の塗布ヘッドを用い、設定ギャップｇ＝１ｍｍとして塗布する場合、図８（Ａ）に示すように、表示パネル中央の塗布点Ｐ０から塗布ヘッドＨが距離Ｓ１≒４０ｍｍ移動した時点で、塗布ヘッドＨの幅方向の端部が塗布面（２点差線で示す円弧）に接触してしまい、設定ギャップｇを維持することができなくなってしまう。

このときの距離Ｓ１＝４０ｍｍは、次のようにして近似的に求めた値である。

ここで、塗布点Ｐ１における塗布面の傾きは、図８（Ｂ）に示すように、塗布点Ｐをとおり塗布ヘッドＨの端部に接する直線Ｔの傾きと等しいとみなす。そのため、塗布面の傾きα１は、塗布点Ｐから直線Ｔが塗布ヘッドの端部に接する位置までの水平距離が１０ｍｍであるから、ｔａｎα１＝１／１０で表すことができ、α１≒５．７°となる。

また、この直線Ｔの傾きα１は、塗布点Ｐ０からＰ１まで塗布ヘッドＨが塗布面に沿って回転移動したときの、曲率中心Ｏに対する塗布点移動量としての回転角度と等しいとみなせば、塗布面の曲率半径：４００ｍｍから、距離Ｓ１は、Ｓ１＝４００ｓｉｎα１（α１＝５．７°）≒４０ｍｍとなる。

このように、従来の塗布ヘッドＨでは、塗布ヘッドＨが、中央の塗布点Ｐ０から約４０ｍｍ移動した塗布点Ｐ１において、塗布ヘッドＨの端部が塗布面に接触してしまい、設定ギャップを維持した状態で、表示パネルに対して塗布液を塗布することができなくなってしまう。

このような表示パネルに塗布液を塗布可能とするには、設定ギャップｇを維持した状態で、塗布ヘッドが塗布面に接触することなく、塗布面の中央から、表示パネルの長手方向寸法の１５０ｍｍの半分の長さである、７５ｍｍ移動できることが必要である。ここで、塗布面の中央の塗布点Ｐ０から塗布ヘッドが７５ｍｍ移動したときの曲率中心Ｏに対する塗布点の回転角度αｘは、上述の距離Ｓ１と傾き角度α１との関係から、ｓｉｎαｘ＝７５／４００となり、αｘ＝１０．８°として求められる。ここで、上述したように、塗布点Ｐを通り塗布ヘッドに接する直線Ｔの傾きと、前記回転角度は、等しいとみなすので、直線Ｔの傾きが、１０．８°以上であれば、当該表示パネルに塗布液を塗布することができることとなる。

よって、塗布ヘッド７の円弧面７ａ２は、塗布点Ｐを通り塗布ヘッドに接する直線が１０．８°以上となるように形成すればよい。

本実施の形態の塗布ヘッド７の場合、図８（Ｃ）に示すように、塗布点Ｐを通る直線が、塗布ヘッドに接する位置までの水平距離は、１０ｍｍの半分の長さである５ｍｍとみなすことができるから、塗布点Ｐを通り塗布ヘッド７に接する直線Ｔの傾きα２は、ｔａｎα２≒１／５から、α２≒１１．３°となる。

ここで、α２＞１０．８°であるから、本実施の形態の塗布ヘッド７によれば、設定ギャップｇを維持した状態で、上記表示パネルに塗布液を塗布することができることとなる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて説明したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態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、塗布ヘッド７のかまぼこ型の吐出面７を、帯状の水平面７ａ１とその両側部分の円弧面７ａ２とで構成した例で説明したが、水平面７ａ１は無くても良い。すなわち、円弧面７ａ２を、塗布ヘッド７の幅方向（Ｘ軸方向）における一方の側面７Ａから他方の側面７Ａかけて連続するように設けるように、つまり、半円形状しても良い。

また、円弧面７ａ２は、一定の曲率の円弧である必要はなく、曲率が変化するものであっても良い。例えば、図６に示すように、塗布ヘッド７を短辺方向から見た場合の吐出面７ａの形状が、Ｙ軸方向を長軸とする楕円を上下に半分に分割した下側の形状となる円弧面７ａ２に形成しても良い。

また、塗布ヘッド７を、吐出口７ｂが１列のものとしたが、２列以上のものであっても良い。例えば、吐出口７ｂが２列の場合には、図７に示すように、円弧面７ａ２の幅は、塗布ヘッド７におけるＹ軸方向の一方側の側面７Ａ、例えば、図示右側の側面７Ａの位置から、２列の吐出口７ｂのうち右側の吐出口７ｂにおける当該側面７Ａ側の端部までの距離Ｌの半分の寸法Ｌ／２以上とすれば良い。一般的なインクジェット式の塗布ヘッド７では、吐出面７の短辺方向（Ｘ軸方向）の幅寸法は、２０ｍｍ程度であり、吐出口７ｂの直径は５０μｍ程度、ノズル列間の間隔は数ｍｍである。そのため、このような場合にも、塗布ヘッド７本体の短辺方向の幅寸法に対して、水平面７ａ１の幅寸法を半分程度の寸法にすることができる。

また、吐出面７ａの円弧面７ａ２を、塗布ヘッド７における短辺方向の両側、つまり、長辺方向に沿ってのみに設けたものとしたが、長辺方向の両側、つまり、短辺方向に沿う方向にも設けるようにしても良い。

１ 塗布液塗布装置
３ Ｙ軸方向移動装置
４ 基板保持装置
５ 吸着ピン
７ 塗布ヘッド
７ａ 吐出面
７ａ１ 水平面
７ａ２ 円弧面
８ 昇降装置
９ 制御装置

Claims (4)

1. 湾曲した塗布面を備えた基板とインクジェット式の塗布ヘッドとを相対的に移動させ、前記塗布ヘッドの吐出口から吐出させた塗布液を前記塗布面に塗布する塗布液塗布装置であって、
   前記塗布ヘッドと前記基板とを前記塗布面の湾曲する方向に沿って相対移動させる移動装置を備え、
   前記塗布ヘッドは、前記吐出口が開口する吐出面における前記相対移動方向の両端部を円弧面に形成してなることを特徴とする塗布液塗布装置。
2. 前記円弧面は、前記塗布ヘッドにおける前記相対移動方向に交差する側面から、前記吐出口における当該側面側の端部までの距離の半分の長さ以上の寸法で形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の塗布液塗布装置。
3. 前記吐出面は、前記吐出口の開口部が形成されてなる平坦面と、この平坦面の両側からそれぞれ塗布ヘッドの側面につながる円弧面と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布液塗布装置。
4. 前記吐出面は、かまぼこ型に形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の塗布液塗布装置。

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