JP4723326B2

JP4723326B2 - 液材の微量供給方法

Info

Publication number: JP4723326B2
Application number: JP2005263435A
Authority: JP
Inventors: 健介土屋; 政之中尾; 貴裕貞光; 幸宏川隅; 茂石田; 淳一松井
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd; University of Tokyo NUC
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd; University of Tokyo NUC
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-09-12
Also published as: JP2007075675A

Description

本発明は、液材の微量供給方法に係り、例えばフラットパネルやプリント基板および半導体装置などに液材を微量供給する方法に係り、特に液晶パネルの基板上の所望位置に微量の液晶材を高精度で滴下する方法に好適なものである。

従来の液晶パネルの製造方法として、特開２００３−５７６６６号公報（特許文献１）に開示された方法がある。この液晶パネルの製造方法は、吐出口を備えたシリンダ内の液晶をピストンによって吐出口から微量押し出した後、圧電素子の振動をシリンダおよび／または吐出口に与えることによって上記液晶滴を吐出口から切り離し、液晶パネルに用いられる基板に付着させる方法である。

また、従来の液体分注方法として、特開２００２−２１４２４２号公報（特許文献２）に開示された方法がある。この液体分注方法は、吐出する液体を吐出口から液体保持部材内にシリンジポンプにより吸引する工程と、液体保持部材の内部に保持した液体に圧電素子により吐出圧力を発生させて液体保持部材の吐出口から微量の液体を吐出する工程からなっている。

特開２００３−５７６６６号公報特開２００２−２１４２４２号公報

しかし、特許文献１の液晶パネルの製造方法では、液滴の微量供給精度を上げるために、ピストンの送り精度とシリンダの内径精度とを向上させる必要があるが、ピストンによる押し出し量の精度を高くするのには限界があった。

また、特許文献２の液体分注方法では、液晶の微量供給精度を上げるために、シリンジポンプ精度を向上させる必要があるが、シリンジポンプによる押し出し量の精度を高くするのには限界があった。

本発明の目的は、微量の液材を高精度に供給できる液材の微量供給方法を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、基板に対向してノズルを配置し、このノズルに設けられたノズル孔から前記基板の所定の位置に液材を供給する液材の微量供給方法において、前記ノズル孔は板状の前記ノズルに形成され、前記ノズル孔の吐出側と反対側のスキージの外側にマイクロピペットにより液材を供給し、前記スキージを移動させて毛細管現象により液材を当該ノズル孔に充填供給する第１の工程と、前記ノズル孔の吐出側と反対側に当該ノズル孔に入りきらずに残った液材を前記スキージを移動させて掻き取り、当該ノズル孔内に表面張力により残った一定量の液材を切り分ける第２の工程と、前記ノズル孔内に残った一定量の液材を外力により前記基板に滴下させる第３の工程とを有することにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記第１から第３の工程を複数回繰り返して前記基板全体に液材を供給すること。
（２）前記第３の工程で滴下させる液材の量は、前記ノズルの板厚と前記ノズル孔の面積と液材の表面張力とにより決まる一定量であること。
（３）前記ノズルの吐出側にのみ撥水加工を施したこと。
（４）前記第３の工程における液材を前記ノズル孔から滴下させる外力として気体による圧力を用いたこと。
（５）前記第３の工程における液材を前記ノズル孔から滴下させる外力として前記ノズルの運動による慣性力を用いたこと。
（６）前記第２の工程における液材の書き取りを行う掻き取りスキージを前記ノズル板との間に僅かな間隙を設けてこの隙間に入った液材を流体シールとして使用すること。

本発明の液材の微量供給方法によれば、微量の液材を高精度に供給できる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。なお、本発明は、上述した実施形態に開示した形態に限られるものではなく、公知技術などに基づく変更を許容するものである。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図４を用いて説明する。

まず、図１及び図２を参照しながら、ノズル１に関して説明する。図１は本発明の第１実施形態の液材の微量供給方法に用いるノズル１の斜視図、図２は図１のノズル１におけるノズル孔部の断面拡大図である。

ノズル１は図１に示すように厚みＨの板状に形成され、その中央部には直径Ｄの貫通したノズル孔２が設けられている。ノズル孔２が１つだけ図示されているが、複数個のノズル孔２が設けられていてもよい。また、ノズル１の吐出側には、液晶材である液材４が付着しづらいように撥水層８（図２参照）が施してある。

ここで、板厚Ｈと孔径φＤは、液材の一回の供給量を決めるものであり、その量はノズル孔２の容積Ｑ、即ち、Ｑ＝（π＊（Ｄ／２）^２）＊Ｈで依存する一定量である。

そして、ノズル孔２の径は、使用する液材４の表面張力と重力との関係により使用できる範囲が制限され、図２に示すように液材４を落下させずにノズル孔２内に保持できることが必要である。

液材４を落下させずにノズル孔２内に保持できる条件は、次の式（１）で表される。

（ただし、ｒ＝θ／２）
ここで、Ｔ：液材４の表面張力[Ｎ／ｍ]、θ_１、θ_２：ノズル１の母材、撥水層８の接触角、ｒ：半径[ｍ]、Ｈ：ノズル１の厚さ[ｍ]、ρ：液材４の密度[ｋｇ／ｍ^３]である。

なお、直径Ｄ＝０．１ｍｍ（半径ｒ＝０．０５ｍｍ）、板厚Ｈ＝０．５ｍｍ、ノズル孔２の容積が約４ｎＬと極めて微量となるノズル１を試験したところ、この微量の液材４を落下させずにノズル孔２内に保持できることが確認できた。

次に、図３を参照しながら、本実施形態における液材の供給システムに関して説明する。図３は本実施形態における液材の供給システムの斜視図である。本実施形態は、板状のノズル１の上面に箱状のスキージ３を配置して、空気圧によって液材４の滴下を行う方式である。

液材の供給システムは、ノズル孔２を有すると共に移動可能な板状のノズル１と、加圧口３ａを有すると共に移動可能な箱状のスキージ３と、スキージ３への圧縮空気の供給を開閉制御するバルブ１０と、スキージ３へ供給される圧縮空気の圧力を制御する調圧器１１と、圧縮空気を生成する圧縮空気源１２と、液材４を供給するマイクロピペット５と、を備えて構成されている。

スキージ３の上部には加圧口３ａがあり、圧縮空気源１２で生成された圧縮空気が調圧器１１を通り所望の圧力に調整され、バルブ１０を通して加圧口３ａに供給される。この加圧口３ａを通してスキージ３内に供給された圧縮空気により、ノズル１とスキージ３とで囲まれた空間内の加圧が可能となっている。バルブ１０は通常閉じており、スキージ３内は大気圧力に維持される。ここで、液材４の滴下供給は、調圧器１１により調整される圧力と、バルブ１０の開き時間により制御することができる。

また、スキージ３は、図示せぬガイド機構によりＸ方向にスライドすることが可能な構造であり、Ｚ方向にはノズル１と僅かな隙間を保つよう設置されている。

次に、図４を参照しながら、本実施形態の液材の微量供給方法に関して説明する。図４は本実施形態の液材の微量供給方法の工程図である。

まず、図４（ａ）に示すように、ノズル孔２を覆うようにスキージ３を配置し、ノズル孔２の吐出側と反対側からマイクロピペット５を使用してスキージ３の外側で且つノズル１の上面に液晶材である液材４を供給する（ステップ４１）。ここでは、液材４をスキージ３の外側（紙面左外側）の傾斜部に付着するようノズル１の上面に滴下供給する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、スキージ３を矢印１３方向（紙面右方向）にノズル孔２がスキージ３の外部に出る位置まで移動させる。この動作により、ノズル孔２の上部に液材４が引き込まれ、その後毛細管現象によりノズル孔２内に液材４が自然に充填される（ステップ４２）。これによって、ノズル孔２内に簡単に液材４を充填供給することができる。

次いで、図４（ｃ）に示すように、スキージ３を矢印１４方向（紙面左方向）にノズル孔２がスキージ３の内部に入る位置まで移動させる。この動作により、ノズル孔２の上部に付着した余分な液材４を掻き取り、ノズル孔２内に表面張力により残った一定量の液材４を切り分ける（ステップ４３）。かかる切り分け動作を行うことで、簡単に、しかも再現性よく高精度の微量供給が可能になる。

次いで、図４（ｄ）に示すように、加圧口３ａから所望の圧力に調圧された圧縮空気１５を所定時間印加することにより、スキージ３内部が加圧され、その結果、ノズル孔２に充填された液材４が基板９に滴下供給される（ステップ４４）。

連続して液材４の滴下供給を繰り返す場合には、ステップ４４の後、ステップ４１の工程から繰り返せば良い。また、ステップ４１〜４４を複数回繰り返して基板全体に液材を供給することにより、小型のノズル１により大きな基板９に必要な液材４を供給することができる。

なお、スキージ３をノズル１と接触させて摺動した場合には摩耗粉の発生が懸念されるが、本実施形態では、ノズル１とスキージ３との間に僅かな隙間を有するようにスキージ３を設置しており、隙間に入った液材４が流体シールの潤滑剤としての役割を果たすことで摩耗粉の発生を防止することができる。

本実施形態の液材の微量供給方法によれば、ノズル孔２の吐出側と反対側から毛細管現象により液材４を当該ノズル孔２に充填供給する第１の工程と、ノズル孔２の吐出側と反対側に当該ノズル孔２に入りきらずに残った液材４を掻き取り、当該ノズル孔２内に表面張力により残った一定量の液材を切り分ける第２の工程と、ノズル孔２内に残った一定量の液材４を外力により基板９に滴下させる第３の工程とを有するものであるので、簡単な動作で、微量の液材を高精度に供給できる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の第２実施形態における液材の微量供給システムの斜視図、図６は第２実施形態の液材の微量供給方法の工程図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。この第２実施形態は、板状のノズル１の上面に板状のスキージ６を配置して、加振器７によって液材４の滴下を行う方式である。

図５に示すように、液材の供給システムは、複数のノズル孔２を有する板状のノズル１と、移動可能な板状のスキージ６と、ノズル１を振動させる加振器７と、を備えて構成されている。複数のノズル孔２を有するノズル１とすることにより、一度に供給する液材の量を増やすことも可能である。

加振器７は、ピエゾ素子等を使用してノズル１を振動させるものであり、その振幅や周波数は図示せぬ外部からの信号により調整できるものである。

また、スキージ６は、図示せぬガイド機構によりＸ方向にスライドすることが可能な構造であり、Ｚ方向にはノズル１と僅かな隙間を保つよう設置されている。

図６を参照しながら、第２実施形態の液材の微量供給方法に関して説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、ノズル孔２の外側にスキージ６を配置し、ノズル孔２の吐出側と反対側からマイクロピペット５を使用してスキージ６の反ノズル孔側で且つノズル１の上面に液晶材である液材４を供給する（ステップ６１）。ここでは、液材４をスキージ６の外側（紙面左側）の傾斜部に付着するようノズル１の上面に滴下供給する。

次いで、図６（ｂ）に示すように、スキージ３を矢印１６方向（紙面右方向）にノズル孔２がスキージ６の外部（紙面左側）に出る位置まで移動させる。この動作により、ノズル孔２上部に液材４が引き込まれ、その後毛細管現象によりノズル孔２内に液材４が自然に充填される（ステップ６２）。これによって、ノズル孔２内に簡単に液材４を充填供給することができる。

次いで、図６（ｃ）に示すように、スキージ６を矢印１７方向（紙面左方向）にノズル孔２がスキージ６の内側（紙面右側）に入る位置まで移動させる。この動作により、ノズル孔２の上部に付着した余分な液材４を掻き取り、ノズル孔２内に表面張力により残った一定量の液材４を切り分けることが可能である（ステップ６３）。かかる切り分け動作を行うことで、簡単に、しかも再現性よく高精度の微量供給が可能になる。

次いで、図６（ｄ）に示すように、加振器７によりノズル１を上に引き上げる方向１８に衝撃を与え、その際にノズル孔２に切り分け充填された液材４に掛かる、その場を保持しようとする慣性力により液材４とノズル１との分離が行われ、液材４が基板９に滴下供給される（ステップ６４）。

この第２実施形態によれば、液材４をノズル孔２から滴下させる外力としてノズル１の運動による慣性力を用いているので、加振器７などによる簡単な構成で液材４の滴下が可能である。

上述した実施形態では、高精度な滴下供給が要求される液晶材の滴下について述べたが、本発明は、液晶材に限らず、ノズル孔内に毛細管現象で充填できる液材ならばいかなる液材でも適用可能でである。

本発明の第１実施形態の液材の微量供給方法に用いるノズル１の斜視図である。図１のノズル１におけるノズル孔２の断面拡大図である。第１実施形態における液材の供給システムの斜視図である。第１実施形態の液材の微量供給方法の工程図である。本発明の第２実施形態における液材の微量供給システムの斜視図である。第２実施形態の液材の微量供給方法の工程図である。

符号の説明

１…ノズル、２…ノズル孔、３…箱状のスキージ、４…液材、５…マイクロピペット、６…板状のスキージ、７…加振器、撥水層８、９…基板、１０…バルブ、１１…調圧器、１２…圧縮空気源。

Claims

基板に対向してノズルを配置し、
このノズルに設けられたノズル孔から前記基板の所定の位置に液材を供給する液材の微量供給方法において、
前記ノズル孔は板状の前記ノズルに形成され、前記ノズル孔の吐出側と反対側のスキージの外側にマイクロピペットにより液材を供給し、前記スキージを移動させて毛細管現象により液材を当該ノズル孔に充填供給する第１の工程と、
前記ノズル孔の吐出側と反対側に当該ノズル孔に入りきらずに残った液材を前記スキージを移動させて掻き取り、当該ノズル孔内に表面張力により残った一定量の液材を切り分ける第２の工程と、
前記ノズル孔内に残った一定量の液材を外力により前記基板に滴下させる第３の工程とを有する
ことを特徴とする液材の微量供給方法。
請求項１に記載の液材の微量供給方法において、前記第１から第３の工程を複数回繰り返して前記基板全体に液材を供給することを特徴とする液材の微量供給方法。
請求項１または２に記載の液材の微量供給方法において、前記第３の工程で滴下させる液材の量は、前記ノズルの板厚と前記ノズル孔の面積と液材の表面張力とにより決まる一定量であることを特徴とする液材の微量供給方法。
請求項１から３の何れかに記載の液材の微量供給方法において、前記ノズルの吐出側にのみ撥水加工を施したことを特徴とする液材の微量供給方法。
請求項１または２に記載の液材の微量供給方法において、前記第３の工程における液材を前記ノズル孔から滴下させる外力として気体による圧力を用いたことを特徴とする液材の微量供給方法。
請求項１または２に記載の液材の微量供給方法において、前記第３の工程における液材を前記ノズル孔から滴下させる外力として前記ノズルの運動による慣性力を用いたことを特徴とする液材の微量供給方法。
請求項３に記載の液材の微量供給方法において、前記第２の工程における液材の書き取りを行うスキージを前記ノズル板との間に僅かな間隙を設けてこの隙間に入った液材を流体シールとして使用することを特徴とする液材の微量供給方法。