JP2018103096A - 絶縁膜材料の塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な絶縁性を得ることができる絶縁膜材料の塗布方法を提供する。
【解決手段】基材Ｗの表面に配線５２が形成された配線付き基材の所定の塗布領域にインクジェット法により絶縁膜材料を塗布する絶縁膜材料の塗布方法であり、前記配線付き基材上の配線５２の位置、厚みおよび幅の情報を受け取る配線情報受け取り工程と、前記塗布領域に絶縁膜材料を塗布する塗布工程と、を有し、前記塗布工程は、配線５２の幅方向両端部に絶縁膜材料を塗布する第１の塗布工程と、前記第１の塗布工程の後、前記両端部に挟まれた部分に絶縁膜材料を塗布する第２の塗布工程と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、基材の表面に電極が形成された電極付き基材の所定の塗布領域にインクジェット法により絶縁膜を形成する絶縁膜材料の塗布方法に関するものである。

液晶表示装置に用いられる液晶パネルは、電極が形成されている２枚の基材とその間に挿入されている液晶層から構成を有する。２枚の基材のうち一方の基材は、たとえば各画素の動作を制御するための素子としてＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が形成されたアレイ基材であり、このアレイ基材には、ゲート配線とソース配線とが複数本ずつ格子状に設けられ、ゲート配線とソース配線との交差部にＴＦＴが設けられた構成を有している。ＴＦＴは、ゲート配線に接続されたゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース配線に接続されたソース電極及び画素電極に接続されたドレイン電極、の順で積層された構成を有し、ゲート配線はゲート絶縁膜に覆われて絶縁されている。このようなゲート絶縁膜は、たとえば特許文献１に示すようにスリットコーティングなどにより一様な厚みの薄膜となるように形成される。

特表２００４−５３１０８６号公報

しかし、上記方法によってゲート絶縁膜を形成した場合であっても、十分な絶縁性を得ることができないという問題があった。具体的には、スリットコーティングによって一様な厚みでゲート絶縁膜材料９１が塗布された場合であっても、図４に矢印で示すように基材Ｗ上に形成されたゲート配線９２の肩部分に塗布されたゲート絶縁膜材料９１は表面張力の影響によりゲート配線９２の中央部分に集まる挙動を示し、また、一段低くなっているゲート配線９２の外側へ流れる挙動を示し、その結果、ゲート配線９２の肩部分ではゲート絶縁膜の膜厚が薄くなり、絶縁性が十分に得られなくなるおそれがあった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、十分な絶縁性を得ることができる絶縁膜材料の塗布方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の絶縁膜材料の塗布方法は、基材の表面に配線が形成された配線付き基材の所定の塗布領域にインクジェット法により絶縁膜材料を塗布する絶縁膜材料の塗布方法であり、前記配線付き基材上の配線の位置、厚みおよび幅の情報を受け取る配線情報受け取り工程と、前記塗布領域に絶縁膜材料を塗布する塗布工程と、を有し、前記塗布工程は、配線の幅方向両端部に絶縁膜材料を塗布する第１の塗布工程と、前記第１の塗布工程の後、前記両端部に挟まれた部分に絶縁膜材料を塗布する第２の塗布工程と、を有することを特徴としている。

上記絶縁膜材料の塗布方法によれば、配線の幅方向両端部に絶縁膜材料を塗布する第１の塗布工程と、前第１の塗布工程の後、両端部に挟まれた部分に絶縁膜材料を塗布する第２の塗布工程と、を有することにより、配線中央部に絶縁膜材料を塗布する前に配線の両端部に塗布した絶縁膜材料の粘度が高くなり、配線両端部から中央部へ絶縁膜材料が移動することを防ぎ、十分な膜厚の絶縁膜を配線の端部に形成することが可能となる。

また、前記第１の塗布工程の後、配線の外側であり配線と隣接する部分に絶縁膜材料を塗布する第３の塗布工程も有するようにしても良い。

こうすることにより、配線の外側であり配線と隣接する部分に絶縁膜材料を塗布する前に配線の両端部に塗布した絶縁膜材料の粘度が高くなり、配線両端部から配線の外側へ絶縁膜材料が移動することを防ぎ、十分な膜厚の絶縁膜を配線の端部に形成することが可能となる。

本発明の絶縁膜塗布方法によれば、十分な絶縁性を有する絶縁膜を得ることが可能である。

本発明の一実施形態における絶縁膜材料の塗布方法を実施する塗布装置を示す概略図である。 本実施形態にかかる配線付き基材を表す概略図である。 本実施形態にかかる絶縁膜材料の塗布方法を示す概略図である。 従来の絶縁膜材料の塗布方法により形成された絶縁膜を示す概略図である。

本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明を実施する塗布装置の概略図である。
塗布装置１は本実施形態ではインクジェット塗布装置であり、塗布部２、塗布ステージ３、アライメント部４、および制御部５を備えており、塗布部２が塗布ステージ３上の基材Ｗの上方を移動しながら塗布部２内のノズルから塗布液（絶縁膜材料）の液滴を吐出することにより、基材Ｗへの塗布動作が行われる。そして、基材Ｗ上に着弾した液滴同士が連結し、基材Ｗ上に絶縁膜５１が形成される。また、塗布部２が基材Ｗへ液滴を吐出する前に、アライメント部４が基材Ｗのアライメントマークを撮像し、その結果にもとづいて制御部７が塗布ステージ３の位置および角度を調節して基材Ｗの位置ずれを補正する。

なお、以下の説明では、基材Ｗへの液滴吐出時に塗布部２が移動する（走査する）方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向と水平面上で直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向として説明を進めることとする。

塗布部２は、塗布ヘッド１０、および塗布ヘッド移動装置１２を有している。塗布ヘッド１０は塗布ヘッド移動装置１２によって塗布ステージ３上の基材Ｗの任意の位置まで移動することが可能であり、吐出位置まで移動した後、塗布ヘッド１０はノズル１１から各吐出対象に対してインクジェット法により液滴の吐出を行う。

塗布ヘッド１０は、Ｙ軸方向を長手方向とする略直方体の形状を有し、複数の吐出ユニット１３が組み込まれている。

吐出ユニット１３には、複数のノズル１１が設けられており、吐出ユニット１３が塗布ヘッド１０に組み込まれることにより、ノズル１１が塗布ヘッド１０の下面に配列される形態をとる。

また、塗布ヘッド１０は配管を通じてサブタンク１５と連通している。サブタンク１５は、塗布ヘッド１０の近傍に設けられており、サブタンク１５と離間して設けられたメインタンク１６から配管を経由して供給された塗布液を一旦貯蔵し、その塗布液を塗布ヘッド１０へ高精度で供給する役割を有する。サブタンク１５から塗布ヘッド１０へ供給された塗布液は、塗布ヘッド１０内で分岐され、各吐出ユニット１３の全てのノズル１１へ供給される。なお、本実施形態における塗布液は、絶縁膜材料が溶剤によって希釈され、インクジェット方式で吐出可能な粘度に調整されたものである。

各ノズル１１はそれぞれ駆動隔壁１４を有し、制御部５からそれぞれのノズル１１に対する吐出のオン、オフの制御を行うことにより、任意のノズル１１の駆動隔壁１４が伸縮動作し、液滴を吐出する。なお、本実施形態では、駆動隔壁１４としてピエゾアクチュエータが用いられている。

また、各ノズル１１からの液滴の吐出を安定させるために、塗布待機時には塗布液が各ノズル１１内で所定の形状の界面（メニスカス）を維持してとどまる必要があり、そのため、サブタンク１５内には真空源１７によって所定の大きさの負圧が付与されている。なお、この負圧は、サブタンク１５と真空源１７との間に設けられた真空調圧弁１８によって調圧されている。

塗布ヘッド移動装置１２は走査方向移動装置２１、シフト方向移動装置２２、および回転装置２３を有しており、塗布ヘッド１０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、また、Ｚ軸方向を回転軸として回転させる。

走査方向移動装置２１は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部５に駆動を制御されて塗布ヘッド１０をＸ軸方向（走査方向）に移動させる。

走査方向移動装置２１が駆動し、基材Ｗの上方で塗布ヘッド１０が走査しながらノズル１１から液滴を吐出することにより、Ｘ軸方向に連続的に塗布液の塗布を行う。また、同じＹ軸方向位置で繰り返し走査、塗布を行うことにより、または、Ｘ軸方向の塗布間隔を狭めることにより塗布液を重ね塗りすることができ、任意の厚みの塗布膜を形成することができる。また、ノズル１１ごとに塗布液の吐出の頻度を異ならせることにより、場所ごとに膜厚が異なる塗布膜を形成することができる。

シフト方向移動装置２２は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部５に駆動を制御されて塗布ヘッド１０をＹ軸方向（シフト方向）に移動させる。

これにより、塗布ヘッド１０内で吐出ユニット１３同士が間隔を設けて設置されている場合に、一度塗布ヘッド１０をＸ軸方向に走査させながら塗布を行った後、塗布ヘッド１０をＹ軸方向にずらし、その間隔を補完するように塗布することで、基材Ｗの塗布領域全面への塗布を行うことが可能となっている。

また、基材ＷのＹ軸方向の幅が塗布ヘッド１０の長さよりも長い場合であっても、１回の塗布動作が完了するごとに塗布ヘッド１０をＹ軸方向にずらし、複数回に分けて塗布を行うことにより、基材Ｗの全面へ塗布を行うことが可能である。

回転装置２３は、Ｚ軸方向を回転軸とする回転ステージであり、制御部５に駆動を制御されて塗布ヘッド１０を回転させる。

この回転装置２３によって塗布ヘッド１０の角度を調節することにより、塗布ヘッド１０の走査方向と直交する方向（Ｙ軸方向）のノズル１１の間隔を調節し、塗布領域およびの寸法および液滴の大きさに適した間隔とする。

塗布ステージ３は、基材Ｗを固定する機構を有し、基材Ｗへの塗布動作はこの塗布ステージ３の上に基材Ｗを載置し、固定した状態で行われる。本実施形態では、塗布ステージ３は吸着機構を有しており、図示しない真空ポンプなどを動作させることにより、基材Ｗと当接する面に吸引力を発生させ、基材Ｗを吸着固定している。

また、塗布ステージ３は図示しない駆動装置によりＸ軸方向およびＹ軸方向に移動し、また、Ｚ軸方向を回転軸として回転することが可能であり、塗布ステージ３の上に載置された基材Ｗが有するアライメントマークをアライメント部４が確認した後、この確認結果に基づいて基材Ｗの載置のずれを修正する際、塗布ステージ３が移動し、また、回転する。なお、塗布ステージ３の移動および回転は、基材Ｗの載置状態の微調整が目的であるため、塗布ステージ３が移動可能な距離、回転可能な角度は微少であっても構わない。

また、塗布ステージ３上の基材Ｗは、アライメント部４の直下にまで移動可能であり、アライメント部４は基材Ｗ上のアライメントマークを撮像し、この撮像データをもとに基材Ｗの位置調整、角度調整を行い、その後、基材Ｗは塗布部２の直下まで移動して塗布部２により絶縁膜材料が塗布され、絶縁膜が形成される。

アライメント部４は、画像認識カメラ２４、走査方向移動装置２５およびシフト方向移動装置２６を有している。画像認識カメラ２４は、走査方向移動装置２５およびシフト方向移動装置２６に組み付けられており、これらの移動装置を駆動させることにより、画像認識カメラ２４はＸ軸方向およびＹ軸方向に移動することが可能である。

画像認識カメラ２４は、本実施形態ではモノクロのＣＣＤカメラであり、画像取得のタイミングについて外部からの制御が可能である。制御部５により指示を与えることで、この画像認識カメラ２４は画像データを取得し、この取得した画像データはケーブルを介して制御部５へ転送される。

走査方向移動装置２５は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部５に駆動を制御されて画像認識カメラ２４およびシフト方向移動装置２６をインクジェットヘッド１０のＸ軸方向に移動させる。

シフト方向移動装置２６は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部５に駆動を制御されて画像認識カメラ２４をＹ軸方向に移動させる。

ここで、制御部５により走査方向移動装置２５およびシフト方向移動装置２６の駆動を制御することにより、画像認識カメラ２４は塗布ステージ３に載置された基材Ｗに対してＸ軸方向およびＹ軸方向に相対的に移動し、複数の位置で基材Ｗのアライメントマークを撮像する。

そして、撮像された各アライメントマークの位置情報をもとに制御部５が基材Ｗの載置ずれを計算し、この載置ずれを補正するように制御部５が塗布ステージ３を動作させる。

制御部５は、コンピュータ、シーケンサなどを有し、塗布ヘッド１０への送液、ノズル１１からの液滴の吐出および吐出量の調節、アライメント部４の動作の制御などを行う。

また、制御部５は、ハードディスクやＲＡＭまたはＲＯＭなどのメモリからなる、各種情報を記憶する記憶装置を有しており、液滴を塗布するにあたってあらかじめ入力された基材Ｗ上の配線の位置、厚みおよび幅のデータがこの記憶装置に保存される。この配線の位置、厚みおよび幅のデータは、ＣＡＤデータなどでも良く、また、図示しない測定装置によって測定され出力されたデータであっても、また、オペレータが直接入力するものであっても良い。

次に、上記の塗布装置１を用いて行う本発明の絶縁膜材料の塗布方法について説明する。

図２は、本実施形態にかかる配線付き基材を表す概略図である。

基材Ｗは、表面が平坦なシート状もしくは帯状の形状を有し、材質は樹脂、ガラスなどである。基材Ｗの表面には同一の方向にのびた配線５２（ゲート配線）が所定の間隔で複数本設けられており、各配線５２にはゲート電極５３が接続されている。この配線５２が表面に形成された基材Ｗを、本発明では配線付き基材と呼ぶ。

配線付き基材上の塗布領域Ｒを図２に鎖線で示す。塗布装置１は、配線５２の両端に接続されたゲートパッド５４を除く配線５２全体を覆うように矩形状に塗布領域Ｒが設定され、塗布領域Ｒの内部にゲート絶縁膜材料の塗布が行われる。また、塗布領域Ｒの内部であってもゲート電極５３の上方にはゲート絶縁膜は形成されない。そのため、ゲート電極５３が形成されている部分は塗布領域Ｒから除外されている。

ここで、本発明では後述の通り配線５２上に形成する絶縁膜５１の厚みにおいて、配線５２の端部と端部以外の部分とで厚みが異なるようにしている。すなわち、配線５２の端部と端部以外の部分とで絶縁膜材料の塗布量が異なるが、前述の通りインクジェット塗布法ではそのような制御が可能である。

図３は、本実施形態にかかる絶縁膜材料の塗布方法を示す概略図である。

先述の通り、基材Ｗの平坦面上に配線５２が形成され、配線付き基材が形成されている。

ここで、本発明では、配線付き基材上の配線５２の位置、厚みおよび幅の情報は塗布作業前にあらかじめ明らかになっており、これら情報は塗布作業前に塗布装置１が受け取る。この受け取る工程を、本説明では配線情報受け取り工程と呼ぶ。

ただし、配線情報受け取り工程で制御装置が受け取る配線５２の位置、厚みおよび幅の情報は、必ずしも寸法値で準備されているとは限らず、たとえば配線５２もインクジェット法で形成されている場合、配線５２の位置の情報として基材Ｗに微細な格子（ビットマップ）を割り当て、どの格子に配線材料を塗布したか、という情報であったり、幅の情報として配線５２を形成するために塗布した配線５２の幅方向の配線材料の液滴数および着弾径の情報であったり、厚みの情報として配線５２を形成するために塗布した配線５２の厚み方向の配線材料の液滴数および配線材料の固形分濃度の情報であったりもする。本説明ではこれらも全て配線５２の位置、厚みおよび幅の情報であるとし、塗布装置１の制御部５が計算により配線の幅寸法、厚み寸法を割り出すことができる。

このように塗布装置１が配線情報をあらかじめ受け取っていることにより、塗布装置１は、たとえば配線５２の幅方向端部と端部以外に対して異なったタイミングで絶縁膜５１を形成するよう、絶縁膜材料の塗布動作を行うことが可能である。なお、配線情報受け取り工程後、塗布装置１が配線付き基材へ絶縁膜材料の塗布を行う工程を、本説明では塗布工程と呼ぶ。

ここで、本実施形態では、塗布工程において配線５２の表面に絶縁膜材料を塗布するにあたり、図３（ａ）に示すようにまず配線５２の幅方向両端部に塗布を行う。本説明では、このように配線５２の幅方向両端部に絶縁膜材料を塗布する工程を第１の塗布工程と呼ぶ。この第１の塗布工程によって形成された絶縁膜５１ａからは溶剤の揮発が進み、それにともなって絶縁膜５１ａの粘度が高くなる。

なお、図３では、塗布直後で絶縁膜５１の粘度が低い場合と溶剤の揮発が進んで絶縁膜５１の粘度が高くなった場合とで絶縁膜５１に設けたハッチングを変更している。

次に、図３（ｂ）に示すように、配線５２上において幅方向両端部に挟まれた部分に絶縁膜材料が塗布される。本説明では、このように幅方向両端部に挟まれた部分に絶縁膜材料を塗布する工程を第２の塗布工程と呼ぶ。

この第２の塗布工程により配線５２の幅方向両端部に設けられた絶縁膜５１ａの間に絶縁膜５１ｂが形成され、絶縁膜の表面張力により絶縁膜の中央部分に集まるように表面形状の変化しはじめるが、溶剤の揮発により既に絶縁膜５１ａの粘度は絶縁膜５１ｂの粘度より高くなっているため、絶縁膜５１ａの部分から絶縁膜５１ｂの中央部への絶縁膜材料の移動はほとんど生じず、その結果、図３（ｃ）に示すように配線５２の幅方向両端部において十分な厚みを有する絶縁膜５１を形成することができる。

ここで、本実施形態では、第１の塗布工程後に所定時間経過してから第２の塗布工程に移行しており、絶縁膜５１ａからの溶剤の揮発は自然乾燥で生じさせているのみであるが、たとえば配線付き基板を加熱して加熱乾燥により溶剤の揮発を促進し、第２の塗布工程に移行する前に絶縁膜５１ａの粘度を十分に高くしても良い。

また、塗布ヘッド１０から塗布される絶縁膜材料が無溶剤液体である場合は、たとえば紫外線照射などの手段により第２塗布工程に移行する前に絶縁膜５１ａの粘度を十分に高くしても良い。

また、本実施形態では図３（ｂ）に示すように、第２の塗布工程において、配線５２の外側であり配線５２と隣接する部分にも絶縁膜材料を塗布している。すなわち、第１の塗布工程の後、配線５２の外側であり配線５２と隣接する部分にも絶縁膜材料を塗布している。なお、このように配線５２の外側であり配線５２と隣接する部分に絶縁膜材料を塗布する工程を、本説明では第３の塗布工程と呼ぶ。

こうすることにより、配線５２の外側であり配線と隣接する部分に絶縁膜材料を塗布する前に配線５２の両端部に形成された絶縁膜５１ａの粘度は高くなっているため、図４のように配線両端部から配線の外側へ絶縁膜材料が移動することを防ぎつつ、図３（ｃ）のように十分な膜厚の絶縁膜５１を配線５２の両端部および配線５２に隣接する部分に形成することが可能となる。

なお、第３の塗布工程は必ずしも第２の塗布工程と同時に行われる必要は無く、第１の塗布工程が行われた後であれば第２の塗布工程と第３の塗布工程の実施時期に差があっても構わない。

以上の絶縁膜材料の塗布方法によって、十分な絶縁性を有する絶縁膜を得ることが可能である。

ここで、本発明の絶縁膜材料の塗布方法は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、本説明では配線の幅方向に対して両端部から先に絶縁膜を形成しているが、これと同様に長さ方向に対しても両端部から先に絶縁膜を形成しても良い。

また、本説明では配線はゲート配線であり、絶縁膜はゲート絶縁膜であるが、それに限らず、他の用途に本説明の絶縁膜材料の塗布方法が用いられても構わない。

１ 塗布装置
２ 塗布部
３ 塗布ステージ
４ アライメント部
５ 制御部
１０ 塗布ヘッド
１１ ノズル
１２ 塗布ヘッド移動装置
１３ 吐出ユニット
１４ 駆動隔壁
１５ サブタンク
１６ メインタンク
１７ 真空源
１８ 真空調圧弁
２１ 走査方向移動装置
２２ シフト方向移動装置
２３ 回転装置
２４ 露光装置
２５ 走査方向移動装置
２６ シフト方向移動装置
５１ 絶縁膜
５１ａ 絶縁膜
５１ｂ 絶縁膜
５２ 配線
５３ ゲート電極
５４ ゲートパッド
９１ 絶縁膜材料
９２ 配線
Ｒ 塗布領域
Ｗ 基材

Claims (2)

1. 基材の表面に配線が形成された配線付き基材の所定の塗布領域にインクジェット法により絶縁膜材料を塗布する絶縁膜材料の塗布方法であり、
   前記配線付き基材上の配線の位置、厚みおよび幅の情報を受け取る配線情報受け取り工程と、
   前記塗布領域に絶縁膜材料を塗布する塗布工程と、
   を有し、
   前記塗布工程は、配線の幅方向両端部に絶縁膜材料を塗布する第１の塗布工程と、前記第１の塗布工程の後、前記両端部に挟まれた部分に絶縁膜材料を塗布する第２の塗布工程と、を有することを特徴とする、絶縁膜材料の塗布方法。
2. 前記第１の塗布工程の後、配線の外側であり配線と隣接する部分に絶縁膜材料を塗布する第３の塗布工程も有することを特徴とする、請求項１に記載の絶縁膜材料の塗布方法。

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