JP3928563B2 - 製膜装置とその液状体充填方法及びデバイス製造装置とデバイス製造方法、デバイス並びに電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、製膜装置とその液状体充填方法及びデバイス製造方法とデバイス製造装置、デバイス並びに電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子機器、例えばコンピュータや携帯用の情報機器端末の発達に伴い、液晶表示デバイス、特にカラー液晶表示デバイスの使用が増加している。この種の液晶表示デバイスは、表示画像をカラー化するためにカラーフィルタを用いている。カラーフィルタには、基板を有し、この基板に対してR(赤)、G(緑)、B(赤)のインク(液状体)を液滴として所定パターンで供給することで形成されるものがある。このような基板に対して液滴を供給する方式としては、例えばインクジェット方式等の液滴吐出方式を用いた製膜装置が採用されている。
【0003】
液滴吐出方式を採用した場合、製膜装置においては液滴吐出ヘッドから所定量の液滴を基板に対して吐出して供給・製膜するが、液滴を吐出する手段としては、壁面に複数のノズル開口を形成するとともに、各ノズル開口と対向するように伸縮方向を一致させて圧電素子を配設したものが多く用いられている。この種の圧電素子としては、例えば電極と圧電材料とを交互にサンドイッチ状に積層したものが提供されており、液滴吐出ヘッドのキャビティ(インク溜まり)内に満たされた機能液が圧電素子の変形により生じた圧力波によって吐出される構成になっている。
【0004】
従来、このような液滴吐出ヘッド内にインク等の液状体を充填する方法としては、例えば可撓性材料のキャップをヘッドのノズル面に押圧状態で当接させ、キャップ内の密閉空間を当該キャップに接続された減圧手段により減圧する方法が採られている。ところが、ヘッド内部の流路は微細であり、屈曲部や流路幅の変化する箇所、凹凸部等、機能液の流動が淀む部分に気泡が溜まり、これを排出できないことがある。このようにヘッド内部に気泡が残ると、液滴吐出時の圧力損失が大きくなり、吐出が不安定になるばかりでなく、甚だしい場合にはインクを吐出できないという問題が生じてしまう。そこで、従来では、上記減圧によりヘッド内に液状体を充填する際に、キャップにより液状体とともに気泡も同時に吸引して排出していた。このように、ヘッドに対して吸引によりインクや残留気泡を排出する技術としては、例えば特許文献1が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−85153号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。気泡とともに吸引した液状体を排出してしまうので、液状体自体が高価な場合は大幅なコストアップとなってしまう。また、遺伝子の合成に用いられるタンパク質等、少量しか作成できない液状体の場合は、排出する量を確保できないため、ヘッド内への充填及び気泡排出さえ十分にできない可能性もある。さらに、近年では、微細な液滴を吐出する要請が多くなっているため、ヘッドのノズルも微細寸法に形成されている。そのため、毛細管力が高くなり、吸引による気泡排出が困難になりつつある。
【0007】
また、様々な用途に液滴吐出技術を適用するにあたり、高粘度液体を使用する例が増しているが、高粘度液体は吸引による気泡排出が容易でないため、吸引を大量に行う必要があり、消費する高粘度液体が増大するという問題もあった。さらに、高粘度液体は、ヘッド内部で円滑に流動しないため、ヘッド内の流路の壁に付着した気泡は脱離しづらく気泡排出が十分に行われない虞があった。
【0008】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、液状体を無駄に消費することなくヘッド内に充填できるとともに、十分に気泡を排出できる製膜装置とその液状体充填方法及びデバイス製造方法とデバイス製造装置、デバイス並びに電子機器を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の製膜装置は、供給された液状体を吐出するヘッドを有する製膜装置であって、前記ヘッドの内部を減圧する減圧手段と、前記液状体の供給を規制する規制手段と、前記減圧手段及び前記規制手段の駆動を制御して、前記ヘッドの内部への前記液状体の充填前に、前記ヘッドの内部を所定圧力まで減圧させて当該ヘッド内部の空気を排出させる制御装置とを備え、前記ヘッドには、前記液状体を貯溜する貯溜部が接続され、前記規制手段は、前記貯溜部を前記ヘッド内部より高圧で、且つ大気圧より低圧に減圧する第2減圧手段を有することを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明の製膜装置の液状体充填方法は、液状体を貯溜する貯溜部が接続され、供給された前記液状体を吐出するヘッドの内部に前記液状体を充填させる製膜装置の液状体充填方法であって、前記液状体の供給を規制しつつ前記ヘッド内部及び前記貯溜部を減圧して、前記ヘッドの内部への前記液状体の充填前に、前記ヘッドの内部を所定圧力まで減圧させ、前記貯溜部を前記ヘッド内部より高圧で、且つ大気圧より低圧に減圧して当該ヘッド内部の空気を排出させる工程を有することを特徴としている。
【0011】
従って、本発明の製膜装置とその液状体充填方法では、液状体を充填する前にヘッド内部を減圧することで、ヘッド内部の予め気泡の基となる空気を少なくすることができる。このとき、減圧による圧力差で液状体がヘッドに供給されることを規制するので、液状体を緩やかにヘッドに充填でき、ヘッド内部に気泡を残りにくくできる。そのため、高粘度の液状体であっても気泡を排出するために大量に液状体を消費することを防止できるとともに、少量しか製造できない液状体であっても無駄な消費を防止できる。
【0012】
液状体を貯溜する貯溜部がヘッドに接続される構成の場合、規制手段としては、貯溜部を減圧する第2減圧手段を有する構成を採用できる。
この場合、ヘッド内部と貯溜部との圧力差で液状体がヘッド内部に供給されるが、貯溜部が大気圧下である場合と比較すると圧力差が小さくなり、液状体を緩やかにヘッド内部に供給することが可能となる。
【0013】
また、ヘッドと貯溜部との間に設けられた液状体の供給路を開閉する開閉弁を有する構成も好適である。開閉弁により供給路を閉じることで、ヘッド内部と貯溜部とを独立して減圧することが可能になり、それぞれ所定の圧力に迅速に減圧することができる。そして、開閉弁により供給路を開けることで、圧力差により貯溜部から液状体をヘッド内部に円滑に供給することができる。
【0014】
また、供給路を介して液状体を供給する貯溜部が接続される構成の場合、規制手段としては、供給路における液状体の流量を調整する調整弁を有する構成を採用できる。この場合、ヘッド内部を減圧した際に、減圧に応じた量の液状体が貯溜部から供給されようとするが、調整弁で液状体の供給量を調整して規制することで、液状体を緩やかにヘッドに充填でき、ヘッド内部に気泡を残りにくくできる。
【0015】
また、本発明では、規制手段を制御して、前記ヘッドへの前記液状体の充填時に、前記液状体の速度・圧力が変動するように、前記ヘッドへの液状体の供給量を変動させる規制制御手段を設ける構成も採用可能である。
この場合、ヘッド内部に供給される液状体の速度・圧力が変動(例えば脈動)することになり、気泡が移動しやすく壁部等に付着しづらくなる。そのため、ヘッド内部に気泡を残りにくくすることができる。
【0016】
さらに、本発明では、ヘッド内部における液状体の充填状態を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記規制手段による前記液状体の供給規制を制御する制御手段とを有することが好ましい。
この構成では、ヘッド内部に液状体が充填されたことを検知したときに、ヘッド内部への液状体の供給を停止させることで、減圧手段により液状体が吸引されることを防止できる。
【0017】
そして、本発明のデバイス製造装置は、ヘッドから液滴を吐出してワーク上に製膜するデバイス製造装置であって、上記の製膜装置を用いて前記ワークに製膜することを特徴としている。また、本発明の製膜装置の液状体充填方法は、供給された液状体を吐出するヘッドの内部に前記液状体を充填させる製膜装置の液状体充填方法であって、前記ヘッド内部を減圧する工程と、前記減圧に応じて前記液状体の供給を規制する工程とを有することを特徴としている。
【0018】
これにより、本発明では、液状体の無駄な消費を防止できるとともに、液状体充填時の気泡がヘッド内部に残って、液滴の吐出が不安定になったり、吐出不能状態に陥ったりする事態を回避することが可能になり、所望の吐出特性でワーク上に製膜することが可能になる。
【0019】
また、本発明のデバイスは、上記のデバイス製造装置により製造されたことを特徴としている。これにより、本発明では、安定して吐出された液滴で膜が形成された高品質のデバイスを得ることができる。
【0020】
そして、本発明の電子機器は、上記のデバイスを備えたことを特徴としている。これにより、本発明では、ヘッド内部に残留する気泡に起因する課題を解消することができ、しかも液状体を無駄に消費しないのでコストダウンが図られ、また生産性も向上した電子機器を得ることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の製膜装置とその液状体充填方法及びデバイス製造装置とデバイス製造方法、デバイス並びに電子機器の実施の形態を、図1ないし図8を参照して説明する。ここでは、本発明の製膜装置を、例えば液状体としてのインクを用いて、液晶表示デバイスに対して用いられるカラーフィルタ等を製造するためのフィルタ製造装置に適用するものとして説明する。なお本発明で使用できる液体は、液状体に含まれる。すなわち、液状体とは、上述の液体に加え、例えば金属等の微粒子を含む液状体をも含むものとする。
【0022】
図1は、フィルタ製造装置(デバイス製造装置)を構成する製膜装置(インクジェット装置)10の概略的な外観斜視図である。このフィルタ製造装置は、ほぼ同様の構造を有する3基の製膜装置10を備えており、各製膜装置10は、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)の各色のインクをフィルタ基板に吐出する構成になっている。
【0023】
製膜装置10は、ベース12、第1移動手段14、第2移動手段16、図示しない電子天秤(重量測定手段)、液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッド(ヘッド)20、キャッピングユニット22、クリーニングユニット24等を有している。第1移動手段14、電子天秤、キャッピングユニット22、クリーニングユニット24および第2移動手段16は、それぞれベース12上に設置されている。
【0024】
第1移動手段14は、好ましくはベース12の上に直接設置されており、しかもこの第1移動手段14は、Y軸方向に沿って位置決めされている。これに対して第2移動手段16は、支柱16A、16Aを用いて、ベース12に対して立てて取り付けられており、しかも第2移動手段16は、ベース12の後部12Aにおいて取り付けられている。第2移動手段16のX軸方向は、第1移動手段14のY軸方向とは直交する方向である。Y軸はベース12の前部12Bと後部12A方向に沿った軸である。これに対してX軸はベース12の左右方向に沿った軸であり、各々水平である。
【0025】
第1移動手段14は、ガイドレール40、40を有しており、第1移動手段14は、例えば、リニアモータを採用することができる。このリニアモータ形式の第1移動手段14のスライダー42は、ガイドレール40に沿って、Y軸方向に移動して位置決め可能である。
【0026】
スライダー42は、θ軸用のモータ44を備えている。このモータ44は、例えばダイレクトドライブモータであり、モータ44のロータはテーブル46に固定されている。これにより、モータ44に通電することでロータとテーブル46は、θ方向に沿って回転してテーブル46をインデックス(回転割り出し)することができる。
【0027】
テーブル46は、ワークとしての基板48を位置決めして、しかも保持するものである。また、テーブル46は、吸着保持手段50を有しており、吸着保持手段50が作動することにより、テーブル46の穴46Aを通して、基板48をテーブル46の上に吸着して保持することができる。テーブル46には、インクジェットヘッド20がインクを捨打ち或いは試し打ち(予備吐出)するための予備吐出エリア52が設けられている。
【0028】
第2移動手段16は、支柱16A,16Aに固定されたコラム16Bを有しており、このコラム16Bは、リニアモータ形式の第2移動手段16を有している。スライダー60は、ガイドレール62Aに沿ってX軸方向に移動して位置決め可能であり、スライダー60は、インク吐出手段としてのインクジェットヘッド20を備えている。
【0029】
インクジェットヘッド20は、揺動位置決め手段としてのモータ62,64,66,68を有している。モータ62を作動すれば、インクジェットヘッド20は、Z軸に沿って上下動して位置決め可能である。このZ軸はX軸とY軸に対して各々直交する方向(上下方向)である。モータ64を作動すると、インクジェットヘッド20は、Y軸回りのβ方向に沿って揺動して位置決め可能である。モータ66を作動すると、インクジェットヘッド20は、X軸回りのγ方向に揺動して位置決め可能である。モータ68を作動すると、インクジェットヘッド20は、Z軸回りのα方向に揺動して位置決め可能である。
【0030】
このように、図1のインクジェットヘッド20は、スライダー60において、Z軸方向に直線移動して位置決め可能で、α、β、γに沿って揺動して位置決め可能であり、インクジェットヘッド20のインク吐出面20Pは、テーブル46側の基板48に対して正確に位置あるいは姿勢をコントロールすることができる。なお、インクジェットヘッド20のインク吐出面20Pには、それぞれがインクを吐出する複数(例えば120個)の開口部としてのノズルが設けられている。
【0031】
ここで、インクジェットヘッド20の構造例について、図2を参照して説明する。インクジェットヘッド20は、たとえば、ピエゾ素子(圧電素子)を用いたヘッドであり、図2(A)に示すようにヘッド本体90のインク吐出面20Pには、複数のノズル91が形成されている。これらのノズル91に対してそれぞれピエゾ素子92が設けられている。
【0032】
図2(B)に示すようにピエゾ素子92は、ノズル91とインク室93に対応して配置されており、例えば一対の電極(図示せず)の間に位置し、通電するとこれが外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたものである。そしてこのピエゾ素子92に対して図2(C)に示すように印加電圧Vhを印加することで、図2(D),(F)及び(E)に示すようにして、ピエゾ素子92を矢印Q方向に伸縮させることで、インクを加圧して所定量の液滴(インク滴)99をノズル91から吐出させるようになっている。
【0033】
これを詳述すると、図3(a)の吐出波形図に示すように、正勾配の波形部a1でインク室が拡大して容積が増大し、増大した容積分に相当するインクがインク室内に流入する。また、負勾配の波形部a2で印加電圧Vhを印加することでインク室が縮小し、インクが加圧されることでノズル91から所定量のインクが吐出される。なお、インクジェットヘッド20のインクジェット方式としては、前記の圧電素子92を用いたピエゾジェットタイプ以外の方式のもの、例えば熱膨張を利用したサーマルインクジェットタイプのものなどととしてもよい。
【0034】
インクジェットヘッド20に設けられたピエゾ素子92に対しては、所定量のインクを吐出するために後述する制御装置28の制御下でインクの種類、温度に適した駆動電圧がインクジェットヘッド駆動装置(図示せず)からノズル91毎にそれぞれ印加される。また、制御装置28は駆動装置を制御することで、図3(a)に示した吐出波形のみならず、図3(b)に示す微振動波形も駆動波形としてピエゾ素子92に印加させる。
【0035】
図4に、インクジェットヘッド20に関するインク供給系を示す。
インクジェットヘッド20に対しては、貯溜部としてのインクタンク25に貯溜されたインクがインクチューブ(供給路)26を介して供給される。インクタンク25には、内部空間25aを吸引して減圧する規制手段としての吸引ポンプ(第2減圧手段)31と、内部空間25aを大気圧に開放する開放バルブ32とが設けられている。これら吸引ポンプ31の駆動及び開放バルブ32の開閉は、図5に示すように、制御装置28により制御される。また、インクチューブ26の途中には、インクチューブ26を開閉するインクバルブ(開閉弁)33が設けられている。このインクバルブ33の開閉動作も制御装置28により制御される(図5参照)。
【0036】
クリーニングユニット24は、インクジェットヘッド20のノズル等のクリーニングをフィルタ製造工程中や待機時に定期的にあるいは随時に行うことができる。キャッピングユニット22は、インクジェットヘッド20のノズル内のインクが乾燥しないようにするために、フィルタを製造しない待機時にこのインク吐出面20Pを外気に触れさせないようにするものである。このクリーニングユニット24は、吸引パッド35及び制御装置28の制御下でこの吸引パッド35をインクジェットヘッド20に対して当接位置と離間位置との間で移動させる移動手段34を有している(図5参照)。
【0037】
また、吸引パッド35には、インクジェットヘッド20に当接したときにヘッド20の内部を吸引して減圧する吸引ポンプ(減圧手段)29と、ヘッド20の内部を大気圧に開放する開放バルブ36と、インクジェットヘッド20の内部へのインク充填状態を光学的に検出する光学センサ(検出手段)37とが設けられている。光学センサ37の検出結果は制御装置28に出力される。
【0038】
図1に戻り、電子天秤は、インクジェットヘッド20のノズルから吐出されたインク滴の1滴の重量を測定して管理するために、例えば、インクジェットヘッド20のノズルから、5000滴分のインク滴を受ける。電子天秤は、この5000滴のインク滴の重量を5000で割ることにより、インク滴1滴の重量をほぼ正確に測定することができる。このインク滴の測定量に基づいて、インクジェットヘッド20から吐出するインク滴の量を最適にコントロールすることができる。
【0039】
続いて、インクジェットヘッド20にインクを充填する際の動作について説明する。
まず、製膜処理工程(液滴吐出工程)の当初においてはインクジェットヘッド20にインクが導入されていない。従って、製膜処理前には吸引ポンプ29によりインクジェットヘッド20の内部を吸引してインクを導入する。具体的には、まず制御装置28は、まず移動手段34を介してクリーニングユニット24の吸引パッド35をインクジェットヘッド20に当接させる。また制御装置28は、インクバルブ33、開放バルブ32、36を制御することにより、インクチューブ26を閉じさせるとともに、インクタンク25及びインクジェットヘッド20を密閉状態にする。
【0040】
次に、制御装置28は、吸引ポンプ29、31を作動させてインクジェットヘッド20の内部及びインクタンク25の内部空間25aを所定の圧力まで減圧させる。ここで、インクチューブ26をインクバルブ33で閉じた状態で減圧を行うので、インクジェットヘッド20とインクタンク25との間でそれぞれの減圧作業に対して互いに悪影響を及ぼすことを防止できる。
【0041】
この減圧工程により、インクジェットヘッド20の内部及びインクタンク25の内部空間25aの双方で、気泡の基となる空気が排出される。このとき、制御装置28は、インクタンク25の内部空間25aがヘッド内部よりも高圧で、且つ大気圧よりも低圧になるように減圧させる。そして制御装置28は、インクジェットヘッド20の内部及びインクタンク25の内部空間25aが所定の圧力まで減圧されると、インクバルブ33を制御してインクチューブ26を開状態とさせる。これにより、インクタンク25内のインクは、インクタンク25とインクジェットヘッド20との圧力差及び毛細管力によりインクジェットヘッド20へ向けて供給される。
【0042】
ここで、インクタンク25の内部空間25aが大気圧下であれば、インクは急激にインクジェットヘッド20の内部に導入されてしまうが、内部空間25aも減圧されているため、インクジェットヘッド20の内部との圧力差は内部空間25aが大気圧である場合の圧力差と比較して小さくなる。そのため、インクタンク25のインクは、インクジェットヘッド20内部への供給が規制された状態となり、インクチューブ26を介して緩やかに供給・充填される(充填工程)。そして、インクジェットヘッド20の内部へインクが充填されたことを光学センサ37が検出すると、制御装置28は吸引ポンプ29、31の駆動を停止させるとともに、開放バルブ32、36を開いてインクジェットヘッド20の内部とインクタンク25の内部空間25aを大気圧に戻す。これにより、インクジェットヘッド20の内部とインクタンク25の内部空間25aの圧力が等しくなることで、インクの供給が停止され、インクが吸引パッド35で吸引されてしまうことを防止できる。
【0043】
続いて、制御装置28は、移動手段34を介して吸引パッド35をインクジェットヘッド20から離間させる。このようにして、製膜処理工程前のインク充填工程が完了する。この工程では、予め気泡の基となる空気を排出していることに加えて、インクを緩やかにヘッド20に充填しているので、充填時にインクが空気を巻き込んで気泡を形成する可能性が低くなり、気泡がほぼ残留していない状態でインクを充填することができる。
【0044】
続いて、インクジェットヘッド20の駆動に関して説明する。
上述したように、インクがインクタンク25から送液チューブ26を介してインクジェットヘッド20に充填されると、インクジェットヘッド駆動装置から図3(a)に示す吐出波形の駆動電圧が印加され、任意のノズル91に対応するピエゾ素子92が任意の間隔、周期で駆動されることで所定のノズル91からインクが吐出される。
【0045】
続いて、製膜処理工程について説明する。
作業者がテーブル46の前端側から基板48を第1移動手段14のテーブル46の上に給材すると、この基板48はテーブル46に対して吸着保持されて位置決めされる。そして、モータ44が作動して、基板48の端面がY軸方向に並行になるように設定される。
【0046】
次に、インクジェットヘッド20がX軸方向に沿って移動して、電子天秤の上部に位置決めされる。そして、指定滴数(指定のインク滴の数)の吐出を行う。これにより、電子天秤は、たとえば5000滴のインクの重量を計測して、インク滴1滴当たりの重量を計算する。そして、インク滴の1滴当たりの重量が予め定められている適正範囲に入っているかどうかを判断し、適正範囲外であれば圧電素子30に対する印加電圧の調整等を行って、インク滴の1滴当たりの重量を適正に収める。
【0047】
インク滴の1滴当たりの重量が適正な場合には、基板48が第1移動手段14よりY軸方向に適宜に移動して位置決めされるとともに、インクジェットヘッド20が第2移動手段16によりX軸方向に適宜移動して位置決めされる。そして、インクジェットヘッド20は、予備吐出エリア52に対して全ノズルからインクを予備吐出した後に、基板48に対してY軸方向に相対移動して(実際には、基板48がインクジェットヘッド20に対してY方向に移動する)、基板48上の所定領域に対して所定のノズルから所定幅でインクを吐出する。インクジェットヘッド20と基板48との一回の相対移動が終了すると、インクジェットヘッド20が基板48に対してX軸方向に所定量ステップ移動し、その後、基板48がインクジェットヘッド20に対して移動する間にインクを吐出する。そして、この動作を複数回繰り返すことにより、製膜領域全体にインクを吐出して製膜することができる。
【0048】
続いて、図6および図7を参照して、製膜処理によりカラーフィルタを製造する例について説明する。
図6の基板48は、透明基板であり適度の機械的強度と共に光透過性の高いものを用いる。基板48としては、例えば、透明ガラス基板、アクリルガラス、プラスチック基板、プラスチックフィルム及びこれらの表面処理品等が適用できる。
【0049】
たとえば、図7に示すように長方形形状の基板48上に、生産性をあげる観点から複数個のカラーフィルタ領域105をマトリックス状に形成する。これらのカラーフィルタ領域105は、後でガラス48を切断することで、液晶表示装置に適合するカラーフィルタとして用いることができる。
【0050】
カラーフィルタ領域105には、たとえば図7に示すように、RのインクとGのインクおよびBのインクを所定のパターンで形成して配置している。この形成パターンとしては、図に示すように従来公知のストライプ型のほかに、モザイク型やデルタ型あるいはスクウェアー型等がある。特に、ヘッド20を傾けることで画素部の配列ピッチにノズル間隔を対応させる場合、ストライプ型では一度に吐出できるノズルの数が多いため効果的である。
【0051】
図6は、基板48に対してカラーフィルタ領域105を形成する工程の一例を示している。
図6(a)では、透明の基板48の一方の面に対して、ブラックマトリックス110を形成したものである。カラーフィルタの基礎となる基板48の上には、光透過性のない樹脂(好ましくは黒色)を、スピンコート等の方法で、所定の厚さ(たとえば2μm程度)に塗布して、フォトリソグラフィー法等の方法でマトリックス状にブラックマトリックス110を設ける。ブラックマトリックス110の格子で囲まれる最小の表示要素がフィルタエレメントとなり、たとえばX軸方向の巾30μm、Y軸方向の長さ100μm程度の大きさの窓である。
ブラックマトリックス110を形成した後は、たとえば、ヒータにより熱を与えることで、基板48の上の樹脂を焼成する。
【0052】
図6(b)に示すように、インク滴99は、フィルタエレメント112に供給される。インク滴99の量は、加熱工程におけるインクの体積減少を考慮した充分な量である。
図6(c)の加熱工程では、カラーフィルタ上のすべてのフィルタエレメント112に対してインク滴99が充填されると、ヒータを用いて加熱処理を行う。基板48は、所定の温度(例えば70℃程度)に加熱する。インクの溶媒が蒸発すると、インクの体積が減少する。体積減少の激しい場合には、カラーフィルタとして充分なインク膜の厚みが得られるまで、インク吐出工程と、加熱工程とを繰り返す。この処理により、インクの溶媒が蒸発して、最終的にインクの固形分のみが残留して膜化する。
【0053】
図6(d)の保護膜形成工程では、インク滴99を完全に乾燥させるために、所定の温度で所定時間加熱を行う。乾燥が終了するとインク膜が形成されたカラーフィルタの基板48の保護及びフィルタ表面の平坦化のために、保護膜120を形成する。この保護膜120の形成には、たとえば、スピンコート法、ロールコート法、リッピング法等の方法を採用することができる。
図6(e)の透明電極形成工程では、スパッタ法や真空蒸着法等の処方を用いて、透明電極130を保護膜120の全面にわたって形成する。
図6(f)のパターニング工程では、透明電極130は、さらにフィルタエレメント112の開口部に対応させた画素電極にパターニングされる。
【0054】
なお、液晶の駆動にTFT(Thin Film Transistor)等を用いる場合ではこのパターニングは不用である。また、上記製膜処理の間には、定期的あるいは随時クリーニングユニット24を用いてインクジェットヘッド20のインク吐出面20Pをワイピングすることが望ましい。
【0055】
以上のように、本実施の形態では、インク充填時にインクジェットヘッド20の内部及びインクタンク25の内部空間25aを減圧して気泡の基になる空気を予め排出しているので、ヘッド20内に残留する気泡を大幅に低減することができる。また、本実施の形態では、インクの供給を規制することで、ヘッド20内に緩やかにインクを導入できるので、空気を巻き込むことで形成される気泡も減らすことができ、ヘッド20内に気泡を残留させることなくインクを充填することができる。
【0056】
そのため、高粘度や少量しか作成できない液状体を用いる場合や微細寸法のヘッドを用いる場合であっても、気泡排出作業が容易になり、また気泡排出に伴う液状体の無駄な消費も抑制することが可能であるため、コストアップも防ぐことができる。そして、本実施の形態では、気泡が残留しないインクジェットヘッド20を用いることで、残留気泡に起因する不安定吐出や未吐出といった事態も回避することができ、所望の吐出特性で基板48上に精度よく製膜することができる。
【0057】
また、本実施の形態では、インクチューブ26にインクバルブ33を設けることで、インクジェットヘッド20及びインクタンク25に対して互いに独立した減圧作業が実施可能となり、円滑、且つ迅速に所定圧力まで減圧することが可能となっている。さらに、本実施の形態では、光学センサ37により、ヘッド20におけるインク充填状態を検出しているので、インクが吸引パッド35に吸引される前にインク供給を停止させることが可能になり、無駄なインクの消費をより一層防止することが可能である。
【0058】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
例えば、上記実施形態では、インク充填検出用のセンサを設ける構成としたが、センサを設けない場合には、所定時間経過後に吸引ポンプ29、31を停止させる手順としてもよい。
【0059】
また、上記実施の形態では、インクタンク25の内部空間25aを減圧することでインクジェットヘッド20の内部へのインク供給を規制する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えばインクバルブ33が単にインク流路を開閉する開閉弁としてではなく、インクチューブ26におけるインクの流量を可変に調整可能な調整弁(規制手段)として機能し、制御装置28の制御により、吸引ポンプ29による減圧、すなわち吸引された空気量に見合うインク量が供給されないようにインク流路を絞る構成としてもよい。この場合もインクジェットヘッド20の内部へのインク供給が規制されるため、ヘッド20にはインクが緩やかに充填されることになり、空気の巻き込みを抑えて気泡の残留を防止することができる。
【0060】
さらに、上記実施の形態では、インクタンク25とインクジェットヘッド20との間の圧力差を一定として説明したが、これに限られるものではなく、例えば規制手段としての上記吸引ポンプ31やインクバルブ(調整弁)33を制御装置28が規制制御手段として制御することにより、インクジェットヘッド20の内部に供給されるインク量を例えば脈動させる等、変動させる構成とすることもできる。この場合、ヘッドへのインク充填時、インクの速度・圧力が変動することで擬似的に振動が付与された状態となり、ヘッド壁部に付着した気泡を移動させやすくなり、より確実に気泡を排出することが可能になる。なお、さらに気泡残留を防ぐ方法としては、インクの予備加熱、事前に濃度が小さいインクを充填して濡れ性を向上させる等の前処理を行うことができる。
【0061】
一方、本発明のデバイス製造装置は、たとえば液晶表示デバイス用のカラーフィルタの製造に限定されるものではなく、たとえば、EL(エレクトロルミネッセンス)表示デバイスに応用が可能である。EL表示デバイスは、蛍光性の無機および有機化合物を含む薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有し、前記薄膜に電子および正孔(ホール)を注入して再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して発光させる素子である。こうしたEL表示素子に用いられる蛍光性材料のうち、赤、緑および青色の各発光色を呈する材料すなわち発光層形成材料及び正孔注入/電子輸送層を形成する材料をインクとし、各々を本発明のデバイス製造装置を用いて、TFTやTFD等の素子基板上にパターニングすることで、自発光フルカラーELデバイスを製造することができる。本発明におけるデバイスの範囲にはこのようなELデバイスをも含むものである。
【0062】
この場合、例えば、上記のカラーフィルタのブラックマトリクスと同様に樹脂レジストを用いて1ピクセル毎に区画する隔壁を形成するとともに、下層となる層の表面に吐出された液滴が付着しやすいように、且つ、隔壁が吐出された液滴をはじき隣接する区画の液滴と混じり合うことを防止するため、液滴の吐出の前工程として、基板に対し、プラズマ、UV処理、カップリング等の表面処理を行う。しかる後に、正孔注入/電子輸送層を形成する材料を液滴として供給し製膜する第1の製膜工程と、同様に発光層を形成する第2の製膜工程とを経て製造される。
【0063】
そして、本発明のデバイス製造装置を用いて製造したEL表示デバイスは、セグメント表示や全面同時発光の静止画表示、例えば絵、文字、ラベル等といったローインフォメーション分野への応用、または点・線・面形状をもった光源としても利用することができる。さらに、パッシブ駆動の表示素子をはじめ、TFT等のアクティブ素子を駆動に用いることで、高輝度で応答性の優れたフルカラー表示デバイスを得ることが可能である。さらに、本装置の液滴吐出パターニング技術に金属材料や絶縁材料を供すれば、金属配線や絶縁膜等のダイレクトな微細パターニングが可能となり、またこの金属配線形成技術を利用したPDP(プラズマディスプレイパネル)の製造、あるいは無線タグのアンテナ等の新規な高機能デバイスの作製にも応用できる。
【0064】
なお、上記の実施形態では、便宜的に「インクジェット装置」ならびに「インクジェットヘッド」と呼称し、吐出される吐出物を「インク」として説明したが、このインクジェットヘッドから吐出される吐出物は所謂インクには限定されず、ヘッドから液滴として吐出可能に調整されたものであればよく、例えば、前述のELデバイスの材料、金属材料、絶縁材料、又は半導体材料等様々な材料が含まれることはいうまでもない。
【0065】
また、図示した製膜装置のインクジェットヘッド20は、R(赤).G(緑).B(青)の内の1つの種類のインクを吐出することができるようになっているが、この内の2種類あるいは3種類のインクを同時に吐出することももちろんできる。また、製膜装置10の第1移動手段14と第2移動手段16はリニアモータを用いているがこれに限らず他の種類のモータやアクチュエータを用いることもできる。
【0066】
本実施の形態に係るデバイスが組み込まれる電子機器としては、パーソナルコンピュータや携帯型電話機、電子手帳、ページャ、POS端末、ICカード、ミニディスクプレーヤ、液晶プロジェクタ、およびエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファイダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、タッチパネルを備えた装置、時計、ゲーム機器など様々な電子機器が挙げられる。例えば、図8(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図8(a)において、符号600は携帯電話本体を示し、符号601は上記のカラーフィルタを用いた表示部を示している。図8(b)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図8(b)において、符号700は情報処理装置、符号701はキーボードなどの入力部、符号703は情報処理装置本体、符号702は上記のカラーフィルタを用いた表示部を示している。図8(c)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図8(c)において、符号800は時計本体を示し、符号801は上記のカラーフィルタを用いた表示部を示している。図8(a)〜(c)に示す電子機器は、上記実施形態のカラーフィルタを備えているので、高品質、且つ高スループットで製造可能なカラーフィルタを備えた電子機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る製膜装置の概略的な外観斜視図である。
【図2】 インクジェットヘッドの構造を示す図である。
【図3】 インクジェットヘッドの駆動波形を示す図である。
【図4】 インクジェットヘッドに関するインク供給系を示す図である。
【図5】 制御系を示すブロック図である。
【図6】 基板を用いてカラーフィルタを製造する手順を示す図である。
【図7】 基板と基板上のカラーフィルタ領域の一部を示す図である。
【図8】 表示デバイスを備えた電子機器の一例を示す図である。
【符号の説明】
10 製膜装置(インクジェット装置)、20 インクジェットヘッド(ヘッド)、25 インクタンク(貯溜部)、26 インクチューブ(供給路)、28制御装置(規制制御手段、制御手段)、29 吸引ポンプ(減圧手段)、31吸引ポンプ(第2減圧手段、規制手段)、33 インクバルブ(開閉弁、規制手段、調整弁)、48 基板(ワーク)
Claims (10)
- 供給された液状体を吐出するヘッドを有する製膜装置であって、
前記ヘッドの内部を減圧する減圧手段と、
前記液状体の供給を規制する規制手段と、
前記減圧手段及び前記規制手段の駆動を制御して、前記ヘッドの内部への前記液状体の充填前に、前記ヘッドの内部を所定圧力まで減圧させて当該ヘッド内部の空気を排出させる制御装置とを備え、
前記ヘッドには、前記液状体を貯溜する貯溜部が接続され、
前記規制手段は、前記貯溜部を前記ヘッド内部より高圧で、且つ大気圧より低圧に減圧する第2減圧手段を有することを特徴とする製膜装置。 - 請求項1記載の製膜装置において、
前記ヘッドと前記貯溜部との間に設けられた前記液状体の供給路を開閉する開閉弁を有することを特徴とする製膜装置。 - 請求項1記載の製膜装置において、
前記ヘッドには、供給路を介して前記液状体を供給する貯溜部が接続され、
前記規制手段は、前記供給路における前記液状体の流量を調整する調整弁を有することを特徴とする製膜装置。 - 供給された液状体を吐出するヘッドを有する製膜装置であって、
前記ヘッドの内部を減圧する減圧手段と、
前記液状体の供給を規制する規制手段と、
前記減圧手段及び前記規制手段の駆動を制御して、前記ヘッドの内部への前記液状体の充填前に、前記ヘッドの内部を所定圧力まで減圧させて当該ヘッド内部の空気を排出させる制御装置とを備え、
前記規制手段を制御して、前記ヘッドへの前記液状体の充填時に、前記液状体の速度・圧力が変動するように、前記ヘッドへの前記液状体の供給量を変動させる規制制御手段を有することを特徴とする製膜装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載の製膜装置において、
前記ヘッド内部における前記液状体の充填状態を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記規制手段による前記液状体の供給規制を制御する制御手段とを有することを特徴とする製膜装置。 - ヘッドから液滴を吐出してワーク上に製膜するデバイス製造装置であって、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載された製膜装置を用いて前記ワークに製膜することを特徴とするデバイス製造装置。 - 請求項6に記載のデバイス製造装置により製造されたことを特徴とするデバイス。
- 請求項7に記載のデバイスを備えたことを特徴とする電子機器。
- 液状体を貯溜する貯溜部が接続され、供給された前記液状体を吐出するヘッドの内部に前記液状体を充填させる製膜装置の液状体充填方法であって、
前記液状体の供給を規制しつつ前記ヘッド内部及び前記貯溜部を減圧して、
前記ヘッドの内部への前記液状体の充填前に、前記ヘッドの内部を所定圧力まで減圧させ、前記貯溜部を前記ヘッド内部より高圧で、且つ大気圧より低圧に減圧して当該ヘッド内部の空気を排出させる工程を有することを特徴とする製膜装置の液状体充填方法。 - ヘッドに液状体を充填する充填工程と、前記ヘッドから液滴を吐出してワーク上に製膜する製膜工程とを有するデバイス製造方法であって、
請求項9に記載された製膜装置の液状体充填方法を用いて前記充填工程を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
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