JP2017221910A - エレクトロスプレー塗布方法およびエレクトロスプレー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲面形状を有する基材に塗布された薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じることを抑制することが可能なエレクトロスプレー塗布方法を提供する。
【解決手段】このエレクトロスプレー塗布方法は、ノズル１０が延びる方向に沿った方向のノズル１０の位置を維持した状態で、ノズル１０が延びる方向に略直交する方向にノズル１０と基材２００とを相対移動させることにより、基材２００の複数の箇所に塗布を行うことを備え、基材２００に塗布を行うことは、基材２００の複数の箇所に塗布を行う際、ノズル１０と基材２００との間の距離に応じて、ノズル１０に印加する電圧を調節しながら、基材２００に塗布を行うことを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、エレクトロスプレー塗布方法およびエレクトロスプレー装置に関し、特に、ノズルから溶液材料を噴霧することにより基材に溶液材料を塗布するエレクトロスプレー塗布方法およびエレクトロスプレー装置に関する。

従来、ノズルから溶液材料を噴霧することにより基材に溶液材料を塗布するエレクトロスプレー装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、平板状の基板（基材）が載置されるプレートと、電圧が印加された状態の溶液材料を基板に噴霧するノズルとを備えるエレクトロスプレー装置が開示されている。そして、基板とノズルとの間に生じた電界により、ノズルの先端から基板に霧状（スプレー状）の溶液材料が飛行することによって、基板に溶液材料が薄膜として堆積（塗布）される。

また、上記特許文献１に記載のような従来のエレクトロスプレー装置では、ノズルに一定の電圧を印加した状態で、ノズルを基板の表面に対して水平移動させることにより、基板の全体に溶液材料が塗布される。

特開２０１４−１４７８９１号公報

ここで、曲面形状を有する基材に対して、従来のエレクトロスプレー装置のように、ノズルを水平移動させて塗布した場合では、ノズルの水平移動に伴ってノズルと曲面形状を有する基材との間の距離が変化する。このため、ノズルと基材との間の距離が比較的小さい塗布領域では、基材近傍の電気力線が比較的密になることに起因して、ノズルから基板への放電が生じる場合がある。また、ノズルと基材との間の距離が比較的大きい塗布領域では、基材近傍の電気力線が比較的疎になることに起因して、溶液材料の液滴の分裂が不十分になり、溶液材料が安定したスプレー状態にならない場合がある。これらの結果、基材に塗布される薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、曲面形状を有する基材に塗布された薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じることを抑制することが可能なエレクトロスプレー塗布方法およびエレクトロスプレー装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面によるエレクトロスプレー塗布方法は、ノズルから溶液材料を噴霧することにより、曲面形状を有する基材に溶液材料を塗布するエレクトロスプレー塗布方法であって、ノズルが延びる方向に沿った方向のノズルの位置を維持した状態で、ノズルが延びる方向に略直交する方向にノズルと基材とを相対移動させることにより、基材の複数の箇所に塗布を行うことを備え、基材に塗布を行うことは、基材の複数の箇所に塗布を行う際、ノズルと基材との間の距離に応じて、ノズルに印加する電圧を調節しながら、基材に塗布を行うことを含む。なお、「曲面形状を有する基材」とは、平坦面状でない立体的な塗布面を有する基材を意味する広い概念である。

この第１の局面によるエレクトロスプレー塗布方法では、上記のように、基材に塗布を行うことは、基材の複数の箇所に塗布を行う際、ノズルと基材との間の距離に応じて、ノズルに印加する電圧を調節しながら、基材に塗布を行うことを含む。これにより、ノズルと基材との間の距離に応じて、ノズルに印加する電圧を適切に調節することにより、基材近傍の電気力線の疎密が調節されるので、基材の全ての塗布領域において、溶液材料を安定したスプレー状態にすることができる。その結果、曲面形状を有する基材に塗布された薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じることを抑制することができる。なお、ノズルに印加する電圧を調節することにより、溶液材料を安定したスプレー状態にできることは、後述する発明者による実験により確認済みである。

上記第１の局面によるエレクトロスプレー塗布方法において、好ましくは、ノズルに印加する電圧を調節しながら基材に塗布を行うことは、ノズルと基材との間の距離が大きくなる程、ノズルに印加する電圧を大きくするように、ノズルに印加する電圧を調節しながら、基材に塗布を行うことを含む。このように構成すれば、ノズルと基材との間の距離が大きくなった場合でも、ノズルに印加する電圧が大きくなるように調節されるので、ノズルと基材との間の距離に対して、ノズルに印加する電圧が小さくなりすぎることが抑制される。その結果、ノズルと基材との間の距離が大きくなった場合でも、溶液材料を安定したスプレー状態にすることができる。

上記第１の局面によるエレクトロスプレー塗布方法において、好ましくは、基材に塗布を行う前に、予め複数の塗布位置から溶液材料を基材に噴霧した際の、基材上の塗布領域の大きさに基づいて、基材の複数の箇所に塗布を行う際の、隣接する塗布位置同士の間隔を決定することをさらに備える。このように構成すれば、基材に塗布された薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じないような、隣接する塗布位置同士の間隔を予め決定することができるので、薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じることをより効果的に抑制することができる。なお、「塗布位置」とは、ノズルが延びる方向と略垂直な方向に関して、基材に対して溶液材料を噴霧するノズルの位置を意味する。また、基材に塗布を行う前に、予め溶液材料が噴霧される基材は、実際に溶液材料の塗布が行われる基材ではなく、事前に試験的に溶液材料が噴霧される基材である。

この場合、好ましくは、隣接する塗布位置同士の間隔を決定することは、複数の塗布位置のうち、隣接する塗布位置から各々基材上に溶液材料が噴霧された際の、基材上の塗布領域同士が部分的にオーバラップするように、隣接する塗布位置同士の間隔を決定することを含む。ここで、溶液材料のスプレーの端部側では、溶液材料の密度が比較的小さい。すなわち、塗布領域の端部側の厚みは、塗布領域の端部側以外の部分の厚みよりも小さくなる。そこで、塗布領域同士が部分的にオーバラップするように、隣接する塗布位置同士の間隔を決定することによって、薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じることをより抑制することができる。

上記隣接する塗布位置同士の間隔を決定することを含むエレクトロスプレー塗布方法において、好ましくは、隣接する塗布位置同士の間隔を決定することは、ノズルの近傍における溶液材料のスプレーの形状、および、基材の形状に基づいて、基材上の塗布領域の大きさを推定することを含む。このように構成すれば、基材の形状などに起因して、基材上の塗布領域の大きさを確認することが困難な場合でも、ノズルの近傍における溶液材料のスプレーの形状、および、基材の形状に基づいて、基材上の塗布領域の大きさを推定することによって、隣接する塗布位置同士の間隔を決定することができる。

この発明の第２の局面によるエレクトロスプレー装置は、ノズルから溶液材料を噴霧することにより、曲面形状を有する基材に溶液材料を塗布するエレクトロスプレー装置であって、溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧するノズルを備え、ノズルは、基材の複数の箇所に塗布を行う際、ノズルと基材との間の距離に応じて、ノズルに印加する電圧を調節しながら、ノズルが延びる方向に沿った方向のノズルの位置を維持した状態で、ノズルが延びる方向に略直交する方向にノズルと基材とを相対移動させることにより、基材の複数の箇所に塗布を行うように構成されている。なお、「曲面形状を有する基材」とは、平坦面状でない立体的な塗布面を有する基材を意味する広い概念である。

この第２の局面によるエレクトロスプレー装置では、上記のように、ノズルは、基材の複数の箇所に塗布を行う際、ノズルと基材との間の距離に応じて、ノズルに印加する電圧を調節しながら、ノズルが延びる方向に沿った方向のノズルの位置を維持した状態で、ノズルが延びる方向に略直交する方向にノズルと基材とを相対移動させることにより、基材の複数の箇所に塗布を行うように構成されている。これにより、ノズルと基材との間の距離に応じて、ノズルに印加する電圧を適切に調節することにより、基材近傍の電気力線の疎密が調節されるので、基材の全ての塗布領域において、溶液材料を安定したスプレー状態にすることができる。その結果、曲面形状を有する基材に塗布された薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じることを抑制することが可能なエレクトロスプレー装置を提供することができる。

上記第２の局面によるエレクトロスプレー装置において、好ましくは、溶液材料のスプレーを撮像するための第１撮像部をさらに備え、第１撮像部により撮像されたスプレーの画像に基づいて、スプレーが安定しているか否かを判定するように構成されている。このように構成すれば、スプレーが安定していないことが判定された場合に、ノズルに印加する電圧をスプレーが安定するように調節することにより、不安定なスプレーにより塗布されることに起因して薄膜の膜厚がばらつくのを抑制することができる。

上記第２の局面によるエレクトロスプレー装置において、好ましくは、基材に塗布された溶液材料のムラを検出するための第２撮像部をさらに備える。このように構成すれば、第２撮像部により撮像された溶液材料（薄膜）のムラに基づいて、溶液材料を改めて噴霧（重ね塗り）することによって、膜厚のばらつき（ムラ）がより抑制された薄膜を形成することができる。

本発明によれば、曲面形状を有する基材に塗布された薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じることを抑制することができる。

本発明の第１実施形態によるエレクトロスプレー装置の構成を示す図である。 基材の内側面を下方から見た図である。 ノズルに印加する電圧とスプレーの状態との関係を確認するために行った実験を説明するための図である。 実験結果を示す図である。 本発明の第１実施形態によるエレクトロスプレー塗布方法の、塗布位置の間の間隔の決定方法を説明するための図である。 本発明の第２実施形態によるエレクトロスプレー装置の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態によるエレクトロスプレー装置の構成を示す図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（エレクトロスプレー装置の構成）
図１および図２を参照して、第１実施形態によるエレクトロスプレー装置１００の構成について説明する。

図１に示すように、エレクトロスプレー装置１００は、ノズル１０を備えている。また、ノズル１０に対向するように、基材２００が配置されている。

ノズル１０は、金属製である。また、金属製のノズル１０には、電圧が印加されるように構成されている。また、ノズル１０は、下方（Ｚ２方向）から上方（Ｚ１方向）に溶液材料を噴霧するように構成されている。

基材２００には、ノズル１０から噴霧された溶液材料が薄膜として塗布される。また、基材２００は、曲面形状を有する。具体的には、基材２００は、半球形状（中空の球が半分に切断された形状）を有する。ノズル１０は、半球形状の基材２００の内側面２００ａに溶液材料を噴霧するように構成されている。

また、半球形状の基材２００の内側面２００ａには、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜が配置されている。なお、ＩＴＯ膜は、基材２００を介して、接地されている。そして、基材２００（ＩＴＯ膜）とノズル１０との間に生じた電界により、ノズル１０の先端から基材２００に霧状（スプレー状）の溶液材料が飛行することによって、基材２００に溶液材料が薄膜として堆積（塗布）される。

ここで、第１実施形態では、ノズル１０は、基材２００の複数の箇所に塗布を行う際、ノズル１０と基材２００との間の距離に応じて、ノズル１０に印加する電圧が調節されるように構成されている。そして、ノズル１０が延びる方向に沿った方向（Ｚ方向）のノズル１０の位置（高さ位置ｈ）を維持した状態で、ノズル１０が延びる方向に略直交する方向にノズル１０と基材２００とを相対移動させることにより、基材２００の複数の箇所に塗布が行われる。

具体的には、図２に示すように、ノズル１０は、平面視において、半球形状の基材２００の内側面２００ａの略中央近傍の領域Ａ１と、領域Ａ１の外周を取り囲む円環状の領域Ａ２と、領域Ａ２の外周を取り囲む円環状の領域Ａ３とを塗布する。ここで、図１に示すように、ノズル１０と領域Ａ３との間の距離Ｌ３、ノズル１０と領域Ａ２との間の距離Ｌ２、および、ノズル１０と領域Ａ１との間の距離Ｌ１は、Ｌ３、Ｌ２、Ｌ１の順に大きくなる（Ｌ３＜Ｌ２＜Ｌ１）。そして、領域Ａ３を塗布する際にノズル１０に印加される電圧Ｖ３、領域Ａ２を塗布する際にノズル１０に印加される電圧Ｖ２、および、領域Ａ１を塗布する際にノズル１０に印加される電圧Ｖ１は、Ｖ３、Ｖ２、Ｖ１の順に大きくなる（Ｖ３＜Ｖ２＜Ｖ１）。すなわち、第１実施形態では、ノズル１０と基材２００との間の距離が大きくなる程、ノズル１０に印加する電圧を大きくするように、ノズル１０に印加する電圧を調節しながら、基材２００に塗布が行われる。なお、ノズル１０に印加する電圧は、ノズル１０からの溶液材料のスプレー（ノズル１０の先端に形成される溶液材料のテーラーコーン（不図示））が、安定した状態となるように決定される。ノズル１０に印加する電圧とスプレーの状態との関係については、後述する。

また、領域Ａ１を塗布する際には、領域Ａ１に対向する塗布位置Ｐ１にノズル１０が静止した状態で塗布が行われる。また、領域Ａ２を塗布する際には、領域Ａ２に対向するとともに、塗布位置Ｐ１から半径方向に距離ｒ１隔てた塗布位置Ｐ２において、円を描くようにノズル１０が移動されながら、塗布が行われる。また、領域Ａ３を塗布する際には、領域Ａ３に対向するとともに、塗布位置Ｐ２から半径方向に距離ｒ２隔てた塗布位置Ｐ３において、円周を描くようにノズル１０が移動されながら、塗布が行われる。なお、塗布位置Ｐ１、塗布位置Ｐ２および塗布位置Ｐ３のノズル１０が延びる方向に沿った方向（Ｚ方向）の位置（高さ位置ｈ）は、互いに同じである。また、「塗布位置」とは、ノズル１０が延びる方向と略垂直な方向に関して、基基材２００に対して溶液材料を噴霧するノズル１０の位置を意味する。

また、第１実施形態では、図１に示すように、複数の塗布位置（Ｐ１〜Ｐ３）のうち、隣接する塗布位置から各々基材２００上に溶液材料が噴霧された際の、基材２００上の塗布領域同士が部分的にオーバラップするように、隣接する塗布位置同士の間隔が決定されている。具体的には、塗布位置Ｐ１から基材２００上に溶液材料が噴霧された際の基材２００上の塗布領域Ｂ１と、塗布位置Ｐ２から基材２００上に溶液材料が噴霧された際の基材２００上の塗布領域Ｂ２とが部分的にオーバラップするように、塗布位置Ｐ１と塗布位置Ｐ２との間の間隔ｒ１が決定されている。また、塗布位置Ｐ２から基材２００上に溶液材料が噴霧された際の基材２００上の塗布領域Ｂ２と、塗布位置Ｐ３から基材２００上に溶液材料が噴霧された際の基材２００上の塗布領域Ｂ３とが部分的にオーバラップするように、塗布位置Ｐ２と塗布位置Ｐ３との間の間隔ｒ２が決定されている。

言い換えると、塗布位置Ｐ１と塗布位置Ｐ２との間の間隔ｒ１は、塗布位置Ｐ１から噴霧された溶液材料のスプレー３００（３００ａ）の外周側の端部と、塗布位置Ｐ２から噴霧された溶液材料のスプレー３００ｂの内周側の端部とがオーバラップするように決定されている。また、塗布位置Ｐ２と塗布位置Ｐ３との間の間隔ｒ２は、塗布位置Ｐ２から噴霧された溶液材料のスプレー３００ｂの外周側の端部と、塗布位置Ｐ３から噴霧された溶液材料のスプレー３００ｃの内周側の端部とがオーバラップするように、塗布位置Ｐ２およびＰ３が決定されている。なお、塗布位置Ｐ１〜Ｐ３からの溶液材料の噴霧は、同時ではなく、順次行われるので、実際にスプレー３００ａ〜３００ｃ同士がオーバラップすることはないが、同時に噴霧したならばスプレー３００ａ〜３００ｃ同士がオーバラップするように、塗布位置Ｐ１〜Ｐ３が決定されている。また、塗布領域（スプレー３００）同士がオーバラップする度合いは、基材２００に塗布された薄膜の膜厚が、略均一になるように決められる。

また、エレクトロスプレー装置１００には、制御部２０が設けられている。制御部２０は、ノズル１０の移動、ノズル１０に印加する電圧の調節など、エレクトロスプレー装置１００の全体の動作を制御するように構成されている。

（実験）
次に、図３および図４を参照して、ノズル１０に印加する電圧とスプレーの状態との関係を確認するために行った実験について説明する。

この実験では、図３に示すように、ノズル１０にある一定の電圧Ｖを印加した状態で、かつ、ノズル１０のＺ方向の位置（高さ位置）を維持した状態で、ノズル１０を、試験用の基材２１０に対して相対移動（Ｘ方向に移動）させた。具体的には、ノズル１０から溶液材料を噴霧しながら、試験用の基材２１０のＸ方向の一方端（Ｘ１方向側）に対応する位置Ｐ１１から他方端（Ｘ２方向側）に対応する位置Ｐ１２まで、ノズル１０をＸ方向に水平移動（スキャン）させた。そして、ノズル１０から噴霧される溶液材料のスプレーの状態（ノズル１０の先端に形成されるテーラーコーンの状態）を撮像部３０によって観察した。なお、溶液材料のスプレーには、光源部３１からの光が照射されている。また、基材２１０が半球形状を有しているため、基材２１０の端部側でのノズル１０と基材２１０との間の距離は比較的小さい一方、基材２１０の中央部側でのノズル１０と基材２１０との間の距離は比較的大きい。

図４に示すように、ノズル１０に比較的低い電圧Ｖ１１を印加した場合、一方端側（領域ｄ１１）では、スプレーが安定していることが確認された。一方、領域ｄ１１以外の領域ｄ１２では、スプレーが安定していない（具体的には、液滴が適切に分裂していない）ことが確認された。

ノズル１０に電圧Ｖ１１よりも大きい電圧Ｖ１２を印加した場合、一方端側（領域ｄ２１）および他方端側（領域ｄ２２）では、スプレーが安定していることが確認された。一方、中央部側の領域ｄ２３では、スプレーが安定していない（具体的には、液滴が適切に分裂していない）ことが確認された。中央部側の領域ｄ２３では、ノズル１０と基材２１０との間の距離に対して、電圧Ｖ１２が小さすぎることに起因して、スプレーが安定していないと考えられる。

ノズル１０に電圧Ｖ１２よりも大きい電圧Ｖ１３を印加した場合、一方端側（領域ｄ３１）および他方端側（領域ｄ３２）では、スプレーが安定していない（具体的には、スプレーが割れてしまう）ことが確認された。一方、中央部側の領域ｄ３３では、スプレーが安定することが確認された。一方端側（領域ｄ３１）および他方端側（領域ｄ３２）では、ノズル１０と基材２１０との間の距離に対して、電圧が大きすぎることに起因して、スプレーが安定していないと考えられる。

ノズル１０に電圧Ｖ１３よりも大きい電圧Ｖ１４を印加した場合、一方端側（領域ｄ４１）および他方端側（領域ｄ４２）では、スプレーが安定していない（具体的には、スプレーが割れてしまう）ことが確認された。一方、中央部側の領域ｄ４３では、スプレーが安定することが確認された。領域ｄ４１および領域ｄ４２では、ノズル１０と基材２１０との間の距離に対して、電圧が大きすぎることに起因して、スプレーが安定していないと考えられる。なお、ノズル１０に電圧Ｖ１４を印加した場合の領域ｄ４１および領域ｄ４２は、ノズル１０に電圧Ｖ１３を印加した場合の領域ｄ３１および領域ｄ３２よりも大きくなることが確認された。

ノズル１０に電圧Ｖ１４よりも大きい電圧Ｖ１５を印加した場合、一方端側（領域ｄ５１）および他方端側（領域ｄ５２）では、スプレーが安定していない（具体的には、スプレーが割れてしまう）ことが確認された。一方、中央部側の領域ｄ５３では、スプレーが安定することが確認された。領域ｄ５１および領域ｄ５２では、ノズル１０と基材２１０との間の距離に対して、電圧が大きすぎることに起因して、スプレーが安定していないと考えられる。なお、ノズル１０に電圧Ｖ１５を印加した場合の領域ｄ５１および領域ｄ５２は、ノズル１０に電圧Ｖ１４を印加した場合の領域ｄ４１および領域ｄ４２よりも大きくなることが確認された。

ノズル１０に電圧Ｖ１５よりも大きい電圧Ｖ１６を印加した場合、一方端（位置Ｐ１１）から他方端（位置Ｐ１２）までの全領域において、スプレーが安定していない（具体的には、スプレーが割れてしまう）ことが確認された。電圧が大きすぎることに起因して、スプレーが安定していないと考えられる。

このように、ノズル１０と基材２１０との間の距離に対して、スプレーが安定する電圧が異なることが確認された。そこで、第１実施形態では、上記のように、ノズル１０と基材２１０（基材２００）との間の距離に応じて、ノズル１０に印加する電圧が調節されている。たとえば、塗布位置Ｐ１、Ｐ２およびＰ３（図１および図２参照）において、ノズル１０に印加する電圧は、それぞれ、Ｖ１（＝Ｖ１４）、Ｖ２（＝Ｖ１３）およびＶ３（＝Ｖ１２）に調節される。

（エレクトロスプレー塗布方法）
次に、図１および図５を参照して、エレクトロスプレー装置１００によるエレクトロスプレー塗布方法について説明する。なお、下記のエレクトロスプレー塗布方法（動作）は、制御部２０により制御される。

〈塗布位置の間の間隔の決定〉
本実施形態では、まず、図５に示すように、基材２００に塗布を行う前に予め複数の塗布位置から、溶液材料を試験用の基材２１０に噴霧した際の、試験用の基材２１０上の塗布領域Ｂの大きさに基づいて、基材２００の複数の箇所に塗布を行う際の、隣接する塗布位置同士の間隔が決定される。

具体的には、ノズル１０が延びる方向に沿った方向（Ｚ方向）のノズル１０の位置（高さ位置ｈ）を維持した状態で、複数の位置において、試験用の基材２１０に溶液材料が噴霧される。なお、試験用の基材２１０と、実際に溶液材料が噴霧される基材２００とは、同一の形状を有する。そして、各位置において、溶液材料が噴霧された際に、試験用の基材２１０上の塗布領域Ｂの大きさ（スプレー径）が検出される。なお、試験用の基材２１０上の塗布領域Ｂの大きさ（スプレー径）は、撮像部３０によって撮像された画像に基づいて検出される。

また、基材２１０が半球形状を有していることにより、基材２１０の端部側に対応する位置にノズル１０が位置している場合、ノズル１０から噴霧された溶液材料が基材２１０の内側面２１０ａ側に引き付けられる。このため、スプレー３００の形状（径）が、塗布位置によって異なる。その結果、基材２１０の中央部近傍に対応する位置にノズル１０が位置している場の塗布領域Ｂの大きさと、基材２１０の端部側に対応する位置にノズル１０が位置している場合の塗布領域Ｂの大きさとは異なる。すなわち、塗布領域Ｂの大きさは、ノズル１０と基材２１０の内側面２１０ａとの間の距離（角度）によって異なる。

なお、ノズル１０に印加する電圧を段階的に複数変化させるとともに、各電圧をノズル１０に印加した状態において、複数の位置において、試験用の基材２１０に溶液材料が噴霧される。すなわち、ノズル１０に印加する各電圧値、および、ノズル１０の各位置に対する、塗布領域Ｂの大きさ（スプレー径）が検出される。そして、検出された塗布領域Ｂの大きさ（スプレー径）に基づいて、実際に基材２００の複数の箇所に塗布を行う際の、隣接する塗布位置同士の間隔が決定される。

また、第１実施形態では、複数の塗布位置のうち、隣接する塗布位置から各々基材２００上に溶液材料が噴霧された際の、基材２００上の塗布領域同士が部分的にオーバラップするように、隣接する塗布位置同士の間隔が決定される。具体的には、図１に示すように、塗布領域Ｂ１と塗布領域Ｂ２とが部分的にオーバラップするように、間隔ｒ１が決定されている。また、塗布領域Ｂ２と塗布領域Ｂ３とが部分的にオーバラップするように、塗布間隔ｒ２が決定されている。

なお、隣接する塗布位置同士の間隔とともに、各塗布位置においてノズル１０に印加する電圧も決定される。各塗布位置においてノズル１０に印加する電圧は、たとえば図４に示したような結果に基づいて、ノズル１０から噴霧される溶液材料のスプレーが安定するように決定される。

〈溶液材料の塗布〉
そして、第１実施形態では、図１に示すように、ノズル１０が延びる方向に沿った方向（Ｚ方向）のノズル１０の位置を維持した状態で、ノズル１０が延びる方向に略直交する方向にノズル１０と基材２００とを相対移動させることにより、基材２００の複数の箇所に塗布が行われる。具体的には、基材２００の複数の箇所（塗布位置Ｐ１〜Ｐ３）に塗布を行う際、ノズル１０と基材２００との間の距離に応じて、ノズル１０に印加する電圧を調節（Ｖ１、Ｖ２およびＶ３に調節）しながら、基材２００に塗布が行われる。詳細には、上記のように、塗布領域同士が部分的にオーバラップするように間隔が決定された各塗布位置Ｐ１〜Ｐ３から、順次、溶液材料が噴霧されることにより、各塗布領域Ｂ１〜Ｂ３（領域Ａ１〜Ａ３）に塗布が行われる。

（第１実施形態の効果）
次に、第１実施形態の効果について説明する。

第１実施形態では、上記のように、基材２００に塗布を行うことは、基材２００の複数の箇所に塗布を行う際、ノズル１０と基材２００との間の距離に応じて、ノズル１０に印加する電圧を調節しながら、基材２００に塗布を行うことを含む。これにより、ノズル１０と基材２００との間の距離に応じて、ノズル１０に印加する電圧を適切に調節することにより、基材２００近傍の電気力線の疎密が調節されるので、基材２００の全ての塗布領域Ｂ１、Ｂ２およびＢ３において、溶液材料を安定したスプレー状態にすることができる。その結果、曲面形状を有する基材２００に塗布された薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じることを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ノズル１０と基材２００との間の距離が大きくなる程、ノズル１０に印加する電圧を大きくするように、ノズル１０に印加する電圧を調節しながら、基材２００に塗布を行う。これにより、ノズル１０と基材２００との間の距離が大きくなった場合でも、ノズル１０に印加する電圧が大きくなるように調節されるので、ノズル１０と基材２００との間の距離に対して、ノズル１０に印加する電圧が小さくなりすぎることが抑制される。その結果、ノズル１０と基材２００との間の距離が大きくなった場合でも、溶液材料を安定したスプレー状態にすることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、基材２００に塗布を行う前に予め複数の塗布位置から、溶液材料を基材２１０（試験用の基材２１０）に噴霧した際の、基材２１０上の塗布領域Ｂの大きさに基づいて、基材２００の複数の箇所に塗布を行う際の、隣接する塗布位置同士の間隔を決定する。これにより、基材２００に塗布された薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じないような、塗布位置同士を予め決定することができるので、薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じることをより効果的に抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、複数の塗布位置のうち、隣接する塗布位置から各々基材２００上に溶液材料が噴霧された際の、基材２００上の塗布領域同士が部分的にオーバラップするように、隣接する塗布位置同士の間隔を決定する。ここで、溶液材料のスプレー３００の端部側では、溶液材料の密度が比較的小さい。すなわち、塗布領域の端部側の厚みは、塗布領域の端部側以外の部分の厚みよりも小さくなる。そこで、塗布領域同士が部分的にオーバラップするように、隣接する塗布位置同士の間隔を決定することによって、薄膜の膜厚にばらつき（ムラ）が生じることをより抑制することができる。

［第２実施形態］
図６を参照して、第２実施形態によるエレクトロスプレー装置１１０の構成について説明する。第２実施形態では、基材上の塗布領域の大きさが撮像部により検出されていた上記第１実施形態と異なり、基材上の塗布領域の大きさが推定される。

図６に示すように、エレクトロスプレー装置１１０では、ノズル１０の近傍におけるスプレー３１０の形状を撮像するための撮像部４０が設けられている。撮像部４０は、ノズル１０の側方でかつ、基材（試験用の基材２１０）の下方に配置されている。また、スプレー３１０に光を照射する光源部４１が設けられている。そして、撮像部４０は、光源部４１からの光が照射されたスプレー３１０を撮像するように構成されている。ここで、撮像部４０は、ノズル１０の近傍におけるスプレー３１０（スプレー３１０の根元側、図６の実線で示すスプレー３１０）の形状を撮像することが可能である一方、スプレー３１０の先端側の形状が基材２１０に隠されてしまうため撮像できない。

そこで、第２実施形態では、ノズル１０の近傍における溶液材料のスプレー３１０の形状、および、基材２１０の形状に基づいて、基材２１０上の塗布領域Ｂ４の大きさを推定するように構成されている。具体的には、図６の点線で示すスプレー３１０のように、撮像部４０により撮像されたノズル１０の近傍における溶液材料のスプレー３１０の形状（図６の実線で示すスプレー３１０）を延長（たとえば、線形近似など）することにより、基材２１０に隠されて撮像されないスプレー３１０の先端側の部分の形状が推定される。そして、推定されたスプレー３１０の先端側の部分の形状と、基材２１０の形状とから、スプレー３１０の先端側の部分と基材２１０とが交差する部分（すなわち、溶液材料が塗布された基材２１０上の塗布領域Ｂ４の大きさ）が推定される。なお基材２１０上の塗布領域Ｂ４の大きさの推定は、制御部４２により行われる。

なお、第２実施形態のその他の構成、および、エレクトロスプレー塗布方法は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
次に、第２実施形態の効果について説明する。

第２実施形態では、上記のように、ノズル１０の近傍における溶液材料のスプレー３１０の形状、および、基材２１０の形状に基づいて、基材２１０上の塗布領域の大きさを推定する。これにより、基材２１０の形状などに起因して、基材２１０上の塗布領域の大きさを確認することが困難な場合でも、ノズル１０の近傍における溶液材料のスプレー３１０の形状、および、基材２１０の形状に基づいて、基材２１０上の塗布領域の大きさを推定することによって、隣接する塗布位置同士の間隔を決定することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
図７を参照して、第３実施形態によるエレクトロスプレー装置１２０の構成について説明する。第３実施形態では、スプレーの状態、および、塗布された溶液材料のムラが検出される。

第３実施形態では、図７に示すように、エレクトロスプレー装置１２０には、溶液材料のスプレー３２０を撮像するための第１撮像部５１が設けられている。第１撮像部５１は、ノズル１０の側方でかつ、基材２２０の下方に設けられている。また、スプレー３２０に光を照射する光源部５２が設けられている。そして、第１撮像部５１は、光源部５２からの光が照射されたスプレー３２０を撮像するように構成されている。そして、第１撮像部５１により撮像されたスプレー３２０の画像に基づいて、スプレー３２０が安定しているか否かが判定される。スプレー３２０が安定しているか否かの判定は、実際に基材２２０に溶液材料が噴霧されている際、リアルタイムで行われている。なお、スプレー３２０が安定しているか否かの判定は、制御部５３により行われる。そして、制御部５３により、スプレー３２０が安定していないと判断された場合、ノズル１０に印加する電圧が、スプレー３２０が安定するように調節される。たとえば、スプレー３２０が確認できない場合、もしくは液滴の分裂が不十分なため液滴が大きいと判定された場合には印加する電圧を高くし、スプレー３２０が割れていると判定された場合には電圧を低くする。特に、試験的に溶液材料が噴霧される基材２２０には基本的に表層に薄膜は形成されていないが、実際に薄膜が形成される基材２２０には既に表層に薄膜が形成されている可能性があり、その場合はより高い電圧が必要となる。このため、印加する電圧を高くするように調節する。

また、第３実施形態では、図７に示すように、エレクトロスプレー装置１２０には、基材２２０に塗布された溶液材料のムラを検出するための第２撮像部５４が設けられている。第２撮像部５４は、基材２２０の上方側に設けられている。また、基材２２０の上方側には、光源部５５が設けられている。なお、基材２２０は、透明（または半透明）な部材により形成されている。これにより、基材２２０の上方側に配置された第２撮像部５４により、基材２２０の内側（下側）に塗布された薄膜の撮像が可能になる。そして、薄膜が有色の場合には、薄膜の濃淡を検出することにより、塗布された溶液材料のムラが検出される。また、薄膜が無色の場合には、薄膜からの反射光を検出（撮像）することにより、塗布された溶液材料のムラが検出される。

また、塗布された溶液材料のムラの検出は、実際に基材２２０に溶液材料が噴霧されている際（または、塗布終了後）、リアルタイムで行われている。なお、塗布された溶液材料のムラの検出は、制御部５３により行われる。そして、制御部５３により、塗布された溶液材料のムラが検出された場合、膜厚の薄い部分に、溶液材料が改めて噴霧（重ね塗り）されるように制御される。

また、点線で示される光源部５５ａのように、光源部５５ａが基材２２０の下方に配置された場合には、無色の薄膜を透過する透過光が第２撮像部５４により検出（撮像）されることにより、塗布された溶液材料のムラが検出される。

（第３実施形態の効果）
次に、第３実施形態の効果について説明する。

第３実施形態では、上記のように、溶液材料のスプレー３２０を撮像するための第１撮像部５１により撮像されたスプレー３２０の画像に基づいて、スプレー３２０が安定しているか否かを判定する。これにより、スプレー３２０が安定していないことが判定された場合に、ノズル１０に印加する電圧をスプレー３２０が安定するように調節することにより、不安定なスプレー３２０により塗布されることに起因して薄膜の膜厚がばらつくのを抑制することができる。

また、第３実施形態では、上記のように、基材２２０に塗布された溶液材料のムラを検出するための第２撮像部５４を設ける。これにより、第２撮像部５４により撮像された溶液材料（薄膜）のムラに基づいて、溶液材料を改めて噴霧（重ね塗り）することによって、膜厚のばらつき（ムラ）がより抑制された薄膜を形成することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、基材が半球形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、溶液材料が塗布される基材の塗布面が平坦でない場合に適用可能である。

また、上記第１〜第３実施形態では、３つの塗布位置（Ｐ１〜Ｐ３）において、ノズルから溶液材料が噴霧される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、２つの塗布位置または４つ以上の塗布位置から、溶液材料が噴霧されてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、ノズルが基材に対して移動する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、基材がノズルに対して移動してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、ノズルと基材との間の距離に応じて、ノズルに印加する電圧が３段階（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）に調節される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ノズルに印加する電圧が２段階、または、４段階以上に調節されてもよい。また、ノズルに印加する電圧が連続的に変化するように調節されてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、基材上の塗布領域同士が部分的にオーバラップするように、隣接する塗布位置同士の間隔が決定される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、塗布領域の端部同士がオーバラップせずに互いに隣接するように、隣接する塗布位置同士の間隔を決定してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、溶液材料が下方から上方に向かって噴霧される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、溶液材料を上方から下方に向かって噴霧してもよいし、側方に向かって噴霧するようにしてもよい。

１０ ノズル
２００、２１０、２２０ 基材
５１ 第１撮像部
５４ 第２撮像部
１００、１１０、１２０ エレクトロスプレー装置

Claims (8)

1. ノズルから溶液材料を噴霧することにより、曲面形状を有する基材に溶液材料を塗布するエレクトロスプレー塗布方法であって、
   前記ノズルが延びる方向に沿った方向の前記ノズルの位置を維持した状態で、前記ノズルが延びる方向に略直交する方向に前記ノズルと前記基材とを相対移動させることにより、前記基材の複数の箇所に塗布を行うことを備え、
   前記基材に塗布を行うことは、前記基材の複数の箇所に塗布を行う際、前記ノズルと前記基材との間の距離に応じて、前記ノズルに印加する電圧を調節しながら、前記基材に塗布を行うことを含む、エレクトロスプレー塗布方法。
2. 前記ノズルに印加する電圧を調節しながら前記基材に塗布を行うことは、前記ノズルと前記基材との間の距離が大きくなる程、前記ノズルに印加する電圧を大きくするように、前記ノズルに印加する電圧を調節しながら、前記基材に塗布を行うことを含む、請求項１に記載のエレクトロスプレー塗布方法。
3. 前記基材に塗布を行う前に、予め複数の塗布位置から溶液材料を前記基材に噴霧した際の、前記基材上の塗布領域の大きさに基づいて、前記基材の複数の箇所に塗布を行う際の、隣接する塗布位置同士の間隔を決定することをさらに備える、請求項１または２に記載のエレクトロスプレー塗布方法。
4. 前記隣接する塗布位置同士の間隔を決定することは、前記複数の塗布位置のうち、隣接する前記塗布位置から各々前記基材上に溶液材料が噴霧された際の、前記基材上の塗布領域同士が部分的にオーバラップするように、前記隣接する塗布位置同士の間隔を決定することを含む、請求項３に記載のエレクトロスプレー塗布方法。
5. 前記隣接する塗布位置同士の間隔を決定することは、前記ノズルの近傍における溶液材料のスプレーの形状、および、前記基材の形状に基づいて、前記基材上の塗布領域の大きさを推定することを含む、請求項３または４に記載のエレクトロスプレー塗布方法。
6. ノズルから溶液材料を噴霧することにより、曲面形状を有する基材に溶液材料を塗布するエレクトロスプレー装置であって、
   溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧する前記ノズルを備え、
   前記ノズルは、前記基材の複数の箇所に塗布を行う際、前記ノズルと前記基材との間の距離に応じて、前記ノズルに印加する電圧を調節しながら、前記ノズルが延びる方向に沿った方向の前記ノズルの位置を維持した状態で、前記ノズルが延びる方向に略直交する方向に前記ノズルと前記基材とを相対移動させることにより、前記基材の複数の箇所に塗布を行うように構成されている、エレクトロスプレー装置。
7. 溶液材料のスプレーを撮像するための第１撮像部をさらに備え、
   前記第１撮像部により撮像されたスプレーの画像に基づいて、スプレーが安定しているか否かを判定するように構成されている、請求項６に記載のエレクトロスプレー装置。
8. 前記基材に塗布された溶液材料のムラを検出するための第２撮像部をさらに備える、請求項６または７に記載のエレクトロスプレー装置。

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