JP2018143989A - エレクトロスプレー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】裏面側にすでに処理がなされている基板に対してスプレーを行うことが可能なエレクトロスプレー装置を提供する。【解決手段】先端部に溶液材料を吐出する吐出口を有するノズル１と、ノズル１に溶液材料を供給する送液部１１０と、ノズル１に電圧を印加する電圧印加部１５０と、基板２００と離間して対向する対向面２２を有する対向部２１を有して基板２００の周縁部と接触して基板２００を支持し、少なくとも対向部２１が接地される基板支持部２と、を備え、送液部１１０により溶液材料が供給され、電圧印加部１５０により電圧が印加されたノズル１から噴霧された溶液材料を基板支持部２によって支持された基板２００に薄膜として堆積させる。【選択図】図１

Description

この発明は、エレクトロスプレー装置に関し、特に、ノズルから噴霧された溶液材料を、基板に薄膜として堆積するエレクトロスプレー装置に関する。

従来、ノズルから噴霧された溶液材料を基板に薄膜として堆積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）。

図５は、特許文献１に示されるエレクトロスプレー装置の概略図である。このエレクトロスプレー装置３００は、ノズル３０１と基板支持部３０２を有しており、基板支持部３０２のノズル３０１側の面に基板３０３が載置され、保持される。基板支持部３０２は接地されており、電圧印加部３０４がノズル３０１に電圧を印加することによってノズル３０１と基板支持部３０２との間に電位差が生じ、図５に鎖線で示すような電気力線が形成される。ノズル３０１から噴霧される帯電した溶液材料は、この電気力線に沿って基板支持部３０２に向かって飛翔し、スプレーを形成する。この溶液材料がノズル３０１と基板支持部３０２との間に載置された基板３０３に付着することにより、基板３０３上に溶液材料による塗布膜が形成される。

特開２０１４−１４７８９１号公報

しかし、図５に示すエレクトロスプレー装置３００では、基板支持部３０２に基板３０３のノズル３０１と対向する面の反対側の面、すなわち裏面を密着させて塗布膜を形成するため、裏面側にすでに何らかの処理がなされていてその部分を接触することが許されない場合には、このエレクトロスプレー装置３００を使用することができないという問題があった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、裏面側にすでに処理がなされている基板に対してスプレーを行うことができるエレクトロスプレー装置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エレクトロスプレー装置は、先端部に溶液材料を吐出する吐出口を有するノズルと、前記ノズルに溶液材料を供給する送液部と、前記ノズルに電圧を印加する電圧印加部と、基板と離間して対向する対向面を有する対向部を有して基板の周縁部と接触して基板を支持し、少なくとも前記対向部が接地される基板支持部と、を備え、前記送液部により溶液材料が供給され、前記電圧印加部により電圧が印加された前記ノズルから噴霧された溶液材料を前記基板支持部によって支持された基板に薄膜として堆積させることを特徴としている。

上記エレクトロスプレー装置によれば、基板を貫通してノズルからの電気力線が基板支持部の少なくとも対向部との間で形成され、ノズルから基板支持部へ向かって噴霧されるスプレーにより基板に薄膜形成を行うことができると同時に、基板の支持は基板の周縁部のみで行っているため、基板裏面側のすでに処理がなされている部分を避けて基板を支持することができる。

また、前記基板支持部の基板と接触する部分と前記対向部とは電気的につながっていると良い。

こうすることにより、基板の略全面に塗布膜を形成することができる。

また、前記基板支持部の基板と接触する部分は絶縁性を有すると良い。

こうすることにより、基板の周縁部は塗布膜を形成する必要が無く、基板支持部の基板と接触する部分が接地されているとそこにスプレーが集中する場合に、このスプレーが集中する現象を防ぐことができる。

また、前記対向面は基板の前記対向面と対向する面の形状にならった形状を有すると良い。

こうすることにより、基板全体に均等に塗布膜を形成しやすくなる。

本発明のエレクトロスプレー装置によれば、裏面側にすでに処理がなされている基板に対してスプレーを行うことができる。

本発明の一実施形態におけるエレクトロスプレー装置を示す概略図である。 本発明の他の実施形態におけるエレクトロスプレー装置を示す概略図である。 本発明の他の実施形態におけるエレクトロスプレー装置を示す概略図である。 本発明の他の実施形態におけるエレクトロスプレー装置を示す概略図である。 従来のエレクトロスプレー装置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、本発明の一実施形態におけるエレクトロスプレー装置を示す概略図であり、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡＡ断面図である。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、エレクトロスプレー装置１００は、ノズル１と、基板支持部２とを備えている。また、基板支持部２のノズル１と対向する側には基板２００が設置され、ノズル１からスプレー状に溶液材料を噴霧した際に基板２００上に塗布膜が形成される。

ノズル１は、導電体製の管状の部材であり、開口部は基板２００と対向するように下向きに設けられている。ノズル１は配管１１１を経由して送液部１１０と接続されており、送液部１１０から送液された溶液材料（たとえば、導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ） ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ））がノズル１の内部に充填される。本実施形態ではノズル１として内径０．８ｍｍ、外径１．２ｍｍの管状体を用いている。

なお、本説明では鉛直方向をＺ軸方向、水平方向の中で図１（ｂ）において基板２００が配列される方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向およびＺ軸方向と直交する方向をＹ軸方向と呼ぶ。

送液部１１０は本実施形態ではシリンジポンプであり、図示しない制御装置により制御されてノズル１に任意の送液速度で送液部１１０内の溶液材料１１２を送液する。

また、図１（ｂ）に示すようにノズル１には電圧印加部１５０が接続されている。電圧印加部１５０は、たとえば直流電源であり、電圧印加部１５０からノズル１に数ｋＶ乃至数十ｋＶ程度の電圧を印加することができる。

基板支持部２は、対向面２２を有する対向部２１と基板接触部２３とを有し、基板接触部２３において基板２００の周縁部が基板支持部２と接触することによって基板支持部２が基板２００を支持し、その際対向面２２は基板２００の裏面（ノズル１と対向し、塗布される面とは反対側の面）と離間して対向する。これにより、基板２００と対向面２２との間には空間が設けられ、基板２００の裏面が基板接触部２３以外の何物にも接触しない状態で基板支持部２が基板２００を支持する。なお、このときの対向面２１と基板２００の裏面との距離は、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

ここで、本実施形態では、基板支持部２はたとえば銅などの金属から構成されている対向部２１と、基板接触部２３が設けられ対向部２１に対しノズル１の方向に突出した突出部２４とが一体となった形態を有し、これら対向部２１と突出部２４により複数の窪みがＸ軸方向およびＹ軸方向に配列された形状を有している。また、対向部２１および突出部２４は接地されている。

また、対向部２１と突出部２４とで形成される基材支持部２の窪みの外周形状は、基板２００の形状に合わせて設けられている。たとえば、基板２００が図１（ａ）および図１（ｂ）に示すような外周が円形のレンズ（たとえばカメラレンズ、コンタクトレンズ、時計の文字盤など）の場合、窪みの外周形状は円形（たとえば直径４ｍｍ〜３０ｍｍ）としており、円状の基板接触部２３により基板２００を支持する。また、窪み全体の形状は、基板２００の裏面が基板接触部２３以外の何物にも接触しない形状であれば良く、たとえば図１（ａ）および図１（ｂ）に示すような対向面２２が平坦面である円柱状とできる。

上記のようなノズル１および基板支持部２を有するエレクトロスプレー装置１００において、基板２００を基板支持部２に設置した状態でノズル１に電圧が印加されることにより、基板２００がガラスや樹脂など非導電体から形成されるものであったとしても、基板２００を貫通してノズル１と基板支持部２との間に図１（ｂ）に鎖線で示すような電気力線が形成される。また、ノズル１の内部を通る溶液材料にも電圧が印加された状態で、溶液材料は図１（ｂ）における上方から下方に向かって噴霧される。そして、電圧が印加されてノズル１から噴霧された溶液材料は、この電気力線に沿って基板支持部２に向かって飛翔し、ノズル１と基板２００との間でスプレー１０を形成し、基板２００に薄膜（図示せず）として堆積される。

さらに、上記エレクトロスプレー装置１００によれば、基板２００の支持は基板２００の周縁部のみで行っているため、基板２００の裏面側のすでに処理がなされている部分を避けて基板２００を支持し、基板２００の表面に薄膜形成を行うことができる。

なお、このときに電圧印加部１５０から印加される電圧（図１（ｂ）における電圧Ｖ１）は１０ｋＶ前後である。また、ノズル１と基板支持部２の対向面２２との距離は５００ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。

また、エレクトロスプレー装置１００は、ノズル１と基板支持部２とを図１に示すＸ軸方向およびＹ軸方向に相対移動させる（図示しない）駆動機構を有している。この駆動機構により基板支持部２に基板２００が保持された状態においてノズル１と基板支持部２とが相対移動することによって、スプレー１０が基板２００の表面上を移動することができ、一つのスプレー１０の断面の大きさよりも大きな薄膜を形成することができる。これにより、基板２００全面に薄膜を形成することができる。

また、本実施形態では、基板支持部２に基板２００を設置した後、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように基板支持部２の上にたとえば樹脂といったた絶縁性の材料から形成されているマスク３を設置してからノズル１による塗布が行われる。マスク３が設置されることにより、基板接触部２３とマスク３とで基板２００の周縁部を挟んで固定するとともに、ノズル１と基板支持部２との間での電気力線の形成に伴って表面が帯電したマスク３がスプレー１０と反発し、溶液材料がたとえば隣接する基板２００の方向など想定外の方向へ飛翔することを防いでいる。

次に、本発明の他の実施形態におけるエレクトロスプレー装置１００を図２に示す。

本実施形態では、基板支持部２において導電性を有して接地されている対向部２１に対し、基板接触部２３を備える突出部２４はたとえば樹脂といった絶縁性の材料から形成されている。すなわち、基板２００と接触する部分（基板接触部２３）は絶縁性を有している。

図１に示した実施形態では基板接触部２３も接地されているが、基板２００との間に空間を有する対向面２２よりも基板２００と直接接触している基板接触部２３の方へノズル１からの電気力線が集中する可能性がある。この場合、ノズル１からの溶液材料のスプレーが基板２００の周縁部に集中するおそれがある。これに対し、基板２００の周縁部は塗布膜を形成する必要が無い場合には、図２の実施形態のように基板接触部２３が絶縁性を有する形態とすることにより、スプレーが周縁部に集中する現象を防ぐことができる。なお、この実施形態においても、基板接触部２３ができるだけ基板２００の端部と接触するようにすることにより、基板２００のほぼ全面に塗布膜を形成することができる。

一方、図１に示す実施形態のように基板支持部２の基板２００と接触する部分（基板接触部２３）と対向部２１とが電気的につながっているようにすることにより、上記のようにスプレーが基板２００の周縁部に集中する現象が起きなければ基板２００の略全面に容易に塗布膜を形成することができる。

次に、さらに別の実施形態におけるエレクトロスプレー装置１００を図３に示す。

本実施形態では、対向面２２は基板２００の対向面２２と対向する面（裏面）の形状にならった形状としている。こうすることにより、ノズル１から対向面２２への電気力線がどこかに集中することなく均等に分布させることができる場合がある。これにより、基板２００全体に均等に塗布膜を形成しやすくなる。

また、図３の実施形態では、対向部２１にはそれぞれの対向面２２まで貫通するように貫通穴４が設けられており、それら貫通穴４は配管を経由してポンプ４１と接続されている。ノズル１による基板２００への塗布動作が完了し、基板支持部２から基板２００を取り外す際にポンプ４１から配管および貫通穴４を経由してたとえば圧空を対向面２２と基板２００の間の空間に送り込むことにより、基板２００に極力触れることなく容易に取り外すことができる。また、この貫通穴４は本実施形態だけでなく図１、図２に示した実施形態にも適用可能である。

次に、さらに別の実施形態におけるエレクトロスプレー装置１００を図４に示す。

図１〜図３の実施形態では、基板２００が下に凸の断面形状を有しているのに対し、本実施形態では基板２００が上に凸の断面形状を有している。対向面２２の形状を上に凸の断面形状を有する基板２００の裏面形状にそった形状にすると、図４（ａ）のように対向面２２の中央部は基板接触部２３よりも突き出た形態を取りうる。この場合、基板支持部２には図１〜図３の実施例には設けられていた対向部２１よりも突き出た突出部は存在しない。したがって、本発明のエレクトロスプレー装置１００では基板接触部２３が必ずしも突出部に設けられている必要は無く、本実施形態のように凸の断面形状を有している基板２００に対しても裏面側に接触することなくノズル１から溶液材料の塗布を行うことができる。

また、図４（ｂ）は、基板２００の取り外しの際、ノズル１を退避させた後に治具５１を取り付けた図である。治具５１は、基板２００の表面と接触することなく基板支持部２と連結することが可能な窪みを有しており、それぞれの窪みには貫通穴５が設けられ、それら貫通穴５は配管を経由してポンプ５２と接続されている。ノズル１による基板２００への塗布動作が完了し、基板支持部２から基板２００を取り外す際に治具５１を基板支持部２に連結させ、ポンプ５２から配管および貫通穴４を経由して治具５１の窪みと基板２００との間の空間を吸引することにより、基板２００に極力触れることなく容易に取り外すことができる。また、この治具５１による吸引と貫通穴４からの圧空の送り込みを同時に実施しても良く、また、この治具５１は本実施形態だけでなく図１〜図３に示した実施形態にも適用可能である。

以上のエレクトロスプレー装置により、裏面側にすでに処理がなされている基板に対してスプレーを行うことが可能である。

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、上記の説明では、ノズル１から基板２００へ下向きに溶液材料を噴霧しているが、それに限らず、上方向もしくは横方向に溶液材料を噴霧しても良い。

また、上記の説明ではノズル１は１本のみ図示しているが、基板２００の配列間隔にあわせて複数本配列しても良い。

また、均等に塗布することが可能であれば、マスクは無くても良い。

また、たとえば図１に示した実施形態などでは基板２００と基板支持部２との間の空間には何も設けていないが、ノズル１との間でより電気力線を形成しやすくなるように、イオン性液体や、塩酸、水酸化ナトリウムといった液体を注入していても良い。

１ ノズル
２ 基板支持部
３ マスク
４ 貫通穴
５ 貫通穴
１０ スプレー
２１ 対向部
２２ 対向面
２３ 基板接触部
２４ 突出部
４１ ポンプ
５１ 治具
５２ ポンプ
１００ エレクトロスプレー装置
１１０ 送液部
１１１ 配管
１１２ 溶液材料
１５０ 電圧印加部
２００ 基板
３００ エレクトロスプレー装置
３０１ ノズル
３０２ 基板支持部
３０３ 基板
３０４ 電圧印加部

Claims (4)

1. 先端部に溶液材料を吐出する吐出口を有するノズルと、
   前記ノズルに溶液材料を供給する送液部と、
   前記ノズルに電圧を印加する電圧印加部と、
   基板と離間して対向する対向面を有する対向部を有して基板の周縁部と接触して基板を支持し、少なくとも前記対向部が接地される基板支持部と、
   を備え、前記送液部により溶液材料が供給され、前記電圧印加部により電圧が印加された前記ノズルから噴霧された溶液材料を前記基板支持部によって支持された基板に薄膜として堆積させることを特徴とする、エレクトロスプレー装置。
2. 前記基板支持部の基板と接触する部分と前記対向部とは電気的につながっていることを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロスプレー装置。
3. 前記基板支持部の基板と接触する部分は絶縁性を有することを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロスプレー装置。
4. 前記対向面は基板の前記対向面と対向する面の形状にならった形状を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のエレクトロスプレー装置。

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