JP4746456B2

JP4746456B2 - 液滴噴射塗布ヘッドモジュール、液滴噴射塗布装置及び塗布体の製造方法

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Publication number: JP4746456B2
Application number: JP2006076652A
Authority: JP
Inventors: 修一木村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2026-03-20
Also published as: US7709060B2; KR20070095214A; JP2007252967A; KR100903234B1; CN101041148A; US20070215041A1

Description

本発明は、液滴噴射塗布ヘッドモジュール、液滴噴射塗布装置及び塗布体の製造方法に関し、特に、液晶ディスプレイパネルや有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイパネル等の塗布体を製造するために使用する液滴噴射塗布ヘッドモジュール、この液滴噴射塗布ヘッドモジュールを備える液滴噴射塗布装置及びこの液滴噴射塗布装置を用いる塗布体の製造方法に関する。

下記特許文献１に記載されているように、有機ＥＬディスプレイパネルを製造する際に使用する液滴噴射塗布装置が知られている。

この液滴噴射塗布装置は、高分子発光材料などの着色剤を溶媒に溶解した液体を液滴噴射塗布ヘッドのノズルから液滴として噴射し、噴射した液滴を基板の表面に塗布し、基板表面に塗布した液滴中の溶媒を蒸発させることにより着色剤の膜を基板上に残留させ、有機ＥＬディスプレイパネルを製造している。

このような液滴噴射塗布装置においては、図６に示すような液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００を使用する場合がある。

この液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００は、液滴噴射塗布ヘッド１０１と、バッファタンク１０２と、装置固定部１０３とを備えている。液滴噴射塗布ヘッド１０１と装置固定部１０３とがネジ止めされ、液滴噴射塗布ヘッド１０１とバッファタンク１０２とがフレキシブルな供給パイプ１０４により接続されている。

液滴噴射塗布ヘッド１０１は、筐体１０５と、筐体１０５の一面に固定されたノズルプレート１０６とを有している。筐体１０５内には、複数の液室（図示せず）が形成され、各液室に対応して複数の圧電素子（図示せず）が設けられている。ノズルプレート１０６には、各液室に連通する複数のノズル（図示せず）が形成されている。

バッファタンク１０２内には着色剤を溶媒に溶解した液体（例えば、インク）が収容され、この液体が供給パイプ１０４内を通って筐体１０５内の液室に供給される。バッファタンク１０２にはメインタンク（図示せず）が接続され、バッファタンク１０２内の液体はメインタンクから補給される。

液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００を液滴噴射塗布装置に取付ける場合、この取付けの前に液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００に対して液体を充填する。液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００に液体を充填する場合、液室やノズル内に気泡が入り込み易く、入り込んだ気泡を除去する必要がある。

そこで、この気泡を除去するため、液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００に対して液体を充填する作業を、液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００を充填治具に装着して行う。充填治具に装着された液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００は、バッファタンク１０２が位置固定に支持され、液滴噴射塗布ヘッド１０１が垂直面内で回転可能に支持されている。

充填治具に装着した液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００に液体を充填した後、液滴噴射塗布ヘッド１０１を垂直面内で回転させる。この回転により液室内やノズル内に存在する気泡を液室に連通して設けられている排出ポート１０７側へ移動させ、排出ポート１０７を開くことにより気泡を液滴噴射塗布ヘッド１０１外へ排出させる。

このため、液滴噴射塗布ヘッド１０１とバッファタンク１０２とを接続しているフレキシブルな供給パイプ１０４は、バッファタンク１０２を位置固定に支持し、液滴噴射塗布ヘッド１０１を垂直面内で回転させても支障が生じない程度の長さを有している。

充填治具に取付けた液滴噴射塗布ヘッド１０１を回転させ、排出ポート１０７から気泡を排出させた後、ノズルから液体を流出させるパージ処理を行う。このパージ処理では、ノズルが上向きとなる位置に液滴噴射塗布ヘッド１０１を回転させ、バッファタンク１０２内に圧力をかけ、ノズルから液体を流出させる。このパージ処理により、液室内やノズル内に気泡が残留している場合には、その気泡が液体と共にノズルから排出される。

液滴噴射塗布ヘッド１０１を回転させることによる排出ポート１０７からの気泡の排出処理と、ノズルから液体を流出させるパージ処理とが終了した後、液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００を充填治具から取外し、液滴噴射塗布装置に取付ける。

気泡の排出処理とパージ処理とが終了した後は、液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００内に充填されている液体中には気泡が存在せず、液滴噴射塗布装置に取付けられた液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００の一部である液滴噴射塗布ヘッド１０１のノズルからの液滴の噴射を、不噴射や噴射不良を生じさせることなく行うことができる。
特開２００４−３１０７０号公報

しかしながら、上述した液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００及びこの液滴噴射塗布ヘッドモジュールを用いた液滴噴射塗布装置では、以下の点について配慮がなされていない。

充填治具への液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００の着脱、及び、液滴噴射塗布装置への液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００の取付けに際し、液滴噴射塗布ヘッド１０１とバッファタンク１０２とを別個に行っているため、手間がかかっている。

また、液滴噴射塗布ヘッド１０１とバッファタンク１０２とを接続している供給パイプ１０４が長いため、液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００を充填治具から取外し、液滴噴射塗布装置に取付けるまでの作業中に、供給パイプ１０４が他部材に衝突することが生じやすい。この作業中に供給パイプ１０４が他部材に衝突すると、その衝突に伴って液滴噴射塗布ヘッドモジュール１００内の液体に圧力変動が生じ、この圧力変動によりノズルの先端から気体を吸込む場合がある。このようにして吸込まれた気体は、ノズルからの液滴の不噴射や噴射不良の原因となる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、気体を含まない液体の充填を手間をかけずに容易に行うことができる液滴噴射塗布ヘッドモジュール、この液滴噴射塗布ヘッドモジュールを用いた液滴噴射塗布装置、及び、この液滴噴射塗布装置を用いた塗布体の製造方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、液滴噴射塗布ヘッドモジュールにおいて、液体を収容する液室とこの液室に連通される複数のノズルが形成されたノズルプレートおよび排出ポートとを有し、前記ノズルから液滴を噴射する液滴噴射塗布ヘッドと、前記液室に供給する液体を収容して前記液室に連通されるタンクと、を備え、前記液滴噴射塗布ヘッドと前記タンクとが連結部材により連結され、前記連結部材は、前記タンクの相対位置を回動自在に固定する回転軸を有しており、その回転軸の軸周りに前記液滴噴射塗布ヘッドを１８０度回転させた場合に、前記ノズルプレートの向きを前記排出ポートの向きと異なる所定の向きから、前記回転の前に前記排出ポートが向いていた向きへと、移動させる回転式継手を有することである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、本発明の実施の形態に係る第１の特徴の液滴噴射塗布ヘッドモジュールを支持する支持部と、前記ノズルから噴射される前記液滴が塗布される被塗布体を保持する保持部と、を備えることである。

本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、塗布体の製造方法において、請求項３記載の液滴噴射塗布装置を用いて、液滴を噴射して被塗布体に塗布する塗布工程を有することである。

本発明によれば、液滴噴射塗布ヘッドモジュールへの気泡を含まない液体の充填を手間をかけず容易に行うことができ、この液滴噴射塗布ヘッドモジュールを用いた液滴の噴射及び塗布を良好に行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。

本発明の一実施の形態に係る液滴噴射塗布装置１は、液体であるインクを収容し、このインクを液滴として噴射し、噴射した液滴を被塗布体である基板に塗布することにより塗布体である有機ＥＬディスプレイパネルを製造する場合に使用される装置である。さらに、この液滴噴射塗布装置１は、有機ＥＬディスプレイパネルにおける３色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））のカラー膜を形成する領域の周囲に、黒額縁を形成するための装置である。このため、この液滴噴射塗布装置１から液滴として噴射されるインクは、黒色のインク１色である。液滴噴射塗布装置１は、図１に示すように、ベース２と、液滴噴射塗布ヘッドモジュール３と、支持部４と、移動機構５と、保持部である基板保持テーブル６とを有している。

ベース２の上面には、支持部４と移動機構５とメインタンク７とが設置されている。支持部４は門型に形成され、移動機構５を跨ぐ位置に固定されている。支持部４には、モータ（図示せず）の駆動により昇降される昇降部材８がＺ軸方向（上下方向）に移動可能に取付けられている。昇降部材８には、液滴噴射塗布ヘッドモジュール３が取付けられている。メインタンク７には、液体である黒色のインクが収容されている。このインクは、黒色の着色剤を溶媒に溶解して作製されている。

移動機構５は、Ｙ軸方向ガイド板９と、Ｙ軸方向移動テーブル１０と、Ｘ軸方向移動テーブル１１と、基板保持テーブル６とを有している。

Ｙ軸方向ガイド板９は、ベース２の上面に固定されている。Ｙ軸方向ガイド板９の上面には、Ｙ軸方向に延出するガイド溝９ａが形成されている。

Ｙ軸方向移動テーブル１０は、Ｙ軸方向ガイド板９の上に配置されている。Ｙ軸方向移動テーブル１０の下面には、ガイド溝９ａに移動可能に係合する凸部（図示せず）が形成されている。Ｙ軸方向移動テーブル１０は、送りネジと駆動モータとを用いた送り機構（図示せず）により、ガイド溝９ａに沿ってＹ軸方向へ移動可能に設けられている。Ｙ軸方向移動テーブル１０の上面には、Ｘ軸方向に延出するガイド溝１０ａが形成されている。

Ｘ軸方向移動テーブル１１は、Ｙ軸方向移動テーブル１０の上に配置されている。Ｘ軸方向移動テーブル１１の下面には、ガイド溝１０ａに移動可能に係合する凸部（図示せず）が形成されている。Ｘ軸方向移動テーブル１１は、送りネジと駆動モータとを用いた送り機構（図示せず）により、ガイド溝１０ａに沿ってＸ軸方向へ移動可能に設けられている。

基板保持テーブル６は、Ｘ軸方向移動テーブル１１の上面に固定されている。基板保持テーブル６の上面には、被塗布体である基板１２が載せ降ろし可能に載置されている。基板保持テーブル６の上面に載置された基板１２は、基板保持テーブル６に設けられた吸着機構（図示せず）により吸着され、位置固定に保持されている。

基板保持テーブル６は、Ｘ軸方向移動テーブル１１及びＹ軸方向移動テーブル１０と共にＹ軸方向ガイド板９上をＹ軸方向に移動可能である。基板保持テーブル６は、基板保持テーブル６上に載置された基板１２が液滴噴射塗布ヘッドモジュール３の下方に位置して液滴の噴射塗布が行われる位置（図１に示す位置）と、Ｙ軸方向に移動して液滴噴射塗布ヘッドモジュール３の下方位置から外れ、基板１２の載せ降ろしが行われる位置との間で移動可能である。

液滴噴射塗布ヘッドモジュール３は、図２に示すように、液滴噴射塗布ヘッド１３と、タンクであるバッファタンク１４と、装置固定部１５とを備えている。液滴噴射塗布ヘッド１３と装置固定部１５とには支持プレート１６がネジ止めされ、液滴噴射塗布ヘッド１３と装置固定部１５とが一体化されている。液滴噴射塗布ヘッド１３とバッファタンク１４とは、連結部材１７により連結されている。バッファタンク１４と連結部材１７との連結は、バッファタンク１４の上端側に設けられた上端側枠部１４ａと連結部材１７の一端側とをネジ止めすることにより行われている。液滴噴射塗布ヘッド１３と連結部材１７との連結は、液滴噴射塗布ヘッド１３にネジ止めされた支持プレート１６と連結部材１７の他端側との間に回転式継手１８を介装して行われている。この回転式継手１８が設けられることにより、連結部材１７に対して液滴噴射塗布ヘッド１３と装置固定部１５とが、回転式継手１８の中心線回りに回転可能とされている。

図１に示すように、液滴噴射塗布ヘッドモジュール３が昇降部材８に取付けられて液滴噴射塗布装置１が構成されている場合、バッファタンク１４とメインタンク７とが補給パイプ１９により接続され、メインタンク７内のインクが補給パイプ１９内を通ってバッファタンク１４に補給される。バッファタンク１４内に補給されたインクは、後述する供給パイプ２６内を通って液滴噴射塗布ヘッド１３内の後述する液室２０に供給される。

液滴噴射塗布ヘッド１３は、図３に示すように、バッファタンク１４から供給されたインクを収容する複数の液室２０と、各液室２０の壁の一部を形成するダイヤフラム２１と、各液室２０に対応してダイヤフラム２１に当接する位置に設けられた複数の圧電素子２２と、各液室２０の壁の一部を形成するノズルプレート２３とを備えている。ノズルプレート２３には、各液室２０に連通する複数のノズル２４が形成されている。さらに、液滴噴射塗布ヘッド１３には、液室２０に連通する排出ポート２５が設けられている。

液滴噴射塗布ヘッド１３においては、圧電素子２２に電圧が印加されることにより圧電素子２２が縮む方向に変形し、この変形によりダイヤフラム２１が液室２０の容積を大きくする方向に撓み、容積が大きくなった液室２０内に収容されるインク量が増える。その後、電圧の印加を遮断することにより縮んでいた圧電素子２２を復元させ、液室２０の容積を復元させる（小さくする）とともに液室２０内のインクの一部をノズル２４から液滴Ｅとして噴射させる。ノズル２４から噴射された液滴Ｅは、基板１２上の目的とする額縁位置に塗布される。

バッファタンク１４と液滴噴射塗布ヘッド１３とは、供給路である供給パイプ２６により接続されている。この供給パイプ２６を通してバッファタンク１４内のインクが液滴噴射塗布ヘッド１３の液室２０に供給される。バッファタンク１４と液滴噴射塗布ヘッド１３との間に配管されている供給パイプ２６は、その配管の途中で回転式継手１８の回転中心を含む位置に形成された中空部（図示せず）に挿通されている。これにより、回転式継手１８を境として液滴噴射塗布ヘッド１３側が回転する場合、供給パイプ２６は何ら影響を受けることがない。供給パイプ２６の途中には、インク中の異物を除去するためのフィルタ（図示せず）を収容するフィルタ収容部２７が設けられている。

このような構成において、図１は、液滴噴射塗布ヘッドモジュール３が昇降部材８に取付けられ、基板保持テーブル６上に載置された基板１２が液滴噴射塗布ヘッドモジュール３の下方に位置している状態を示している。この状態から、圧電素子２２に電圧を印加してノズル２４から液滴を噴射させるとともに、移動機構５を駆動させて基板１２をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動させることにより、基板１２上の目的とする位置に黒額縁を形成することができる。

液滴噴射塗布ヘッドモジュール３を昇降部材８に取付ける場合、この取付けの前に液滴噴射塗布ヘッドモジュール３に対してインクを充填する。液滴噴射塗布ヘッドモジュール３にインクを充填する場合、液室２０やノズル２４に気泡が入り込み易く、入り込んだ気泡を除去する必要がある。そこで、液滴噴射塗布ヘッドモジュール３に対してインクを充填する作業を、液滴噴射塗布ヘッドモジュール３を充填治具（図示せず）に装着して行う。充填治具に装着された液滴噴射塗布ヘッドモジュール３は、液滴噴射塗布ヘッドモジュール３の装置固定部１５に設けられている装着片２８を充填治具の回動部にネジ止めされ、バッファタンク１４が充填治具の保持部により保持される。図２は、充填治具に装着された液滴噴射塗布ヘッドモジュール３の姿勢を示している。なお、充填治具にはインクを充填するための機構（図示せず）が設けられており、この機構がバッファタンク１４の補給口２９に接続されている。

図４は、図２の状態から充填治具の回動部を９０°回転させた状態を示している。充填治具に装着されている液滴噴射塗布ヘッドモジュール３は、回転式継手１８を境にして液滴噴射塗布ヘッド１３側のみが９０°回転し、バッファタンク１４及び連結部材１７は位置不動に維持される。

図５は、図４の状態から充填治具の回動部をさらに９０°（図２の状態から１８０°）回転させた状態を示している。この場合も、充填治具に装着されている液滴噴射塗布ヘッドモジュール３は、回転式継手１８を境にして液滴噴射塗布ヘッド１３側のみがさらに９０°回転し、バッファタンク１４及び連結部材１７は位置不動に維持される。

充填治具に装着された液滴噴射塗布ヘッドモジュール３の液滴噴射塗布ヘッド１３を、図２に示す位置から図４に示す位置へ９０°回転させ、さらに、図４に示す位置から図５に示す位置へ９０°回転させ、図５に示す位置から図２に示す位置へ１８０°回転させることにより、液室２０内やノズル２４内に存在する気泡を排出ポート２５側へ移動させることができる。そして、排出ポート２５が図２に示すように上向きの位置となった時点で排出ポート２５を開き、排出ポート２５の位置へ移動している気泡を液滴噴射塗布ヘッド１３外に排出することができる。

さらに、排出ポート２５から気泡を排出した後、排出ポート２５を閉じて再び液滴噴射塗布ヘッド１３側を回転させ、図５に示すようにノズル２４が上方向きとなった位置でバッファタンク１４内のインクを加圧し、液室２０内及びノズル２４内のインクをノズル２４から流出させるパージ処理を行う。このパージ処理により液室２０内やノズル２４内に気泡が存在している場合、その気泡が排出される。

液滴噴射塗布ヘッド１３側を回転させることによる気泡の排出処理と、ノズル２４からのパージ処理とを行うことにより、液滴噴射塗布ヘッドモジュール３に気泡を含まないインクを充填することができる。

このようにしてインクを充填した液滴噴射塗布ヘッドモジュール３を充填治具から取外し、充填治具から取外したインク充填済みの液滴噴射塗布ヘッドモジュール３を昇降部材８に取付ける。

この液滴噴射塗布ヘッドモジュール３は、液滴噴射塗布ヘッド１３とバッファタンク１４とが連結部材１７により連結されているため、充填治具への液滴噴射塗布ヘッドモジュール３の装着、充填治具からの液滴噴射塗布ヘッドモジュール３の取外し、及び、昇降部材８への液滴噴射塗布ヘッドモジュール３の取付けを、それぞれ１回の操作により手間をかけず容易に行うことができる。

さらに、連結部材１７と液滴噴射塗布ヘッド１３との間に回転式継手１８が介装されているため、この回転式継手１８を境にして液滴噴射塗布ヘッド１３のみを回転させることができ、気泡を排出するための液滴噴射塗布ヘッド１３の回転操作を容易に行うことができる。

また、バッファタンク１４と液滴噴射塗布ヘッド１３との間に配管されている供給パイプ２６が回転式継手１８の回転中心を含む位置に形成された中空部（図示せず）に挿通されているため、供給パイプ２６を液滴噴射塗布ヘッド１３の回転に影響されることなく配管することができ、しかも、配管長さを短くすることができる。そして、供給パイプ２６の長さが短くなることにより、液滴噴射塗布ヘッドモジュール３の着脱作業中に供給パイプ２６が他部材に衝突することが生じにくく、供給パイプ２６が他部材に衝突することにより発生する液滴噴射塗布ヘッドモジュール３内の液体の圧力変動を防止することができ、この圧力変動によりノズル２４の先端から気体を吸込むという現象の発生を防止することができる。

供給パイプ２６の途中にはフィルタが配置されているので、インク中に異物が存在する場合にはその異物をフィルタで除去することができ、異物を含まないインクを液滴噴射塗布ヘッド１３に供給することができる。

なお、上述した実施の形態では、有機ＥＬディスプレイパネルを製造する場合において、基板１２に黒額縁を形成するための黒インクを噴射して塗布する液滴噴射塗布ヘッドモジュール３及びこの液滴噴射塗布ヘッドモジュール３を用いた液滴噴射塗布装置１を例に挙げて説明したが、基板１２に３色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））のカラー膜を形成する場合に使用する液滴噴射塗布ヘッドモジュール及び液滴噴射塗布装置においても本発明を適用することができる。

また、上述した実施の形態では、塗布体として有機ＥＬディスプレイパネルを製造する場合を例に挙げて説明したが、この液滴噴射塗布ヘッドモジュール及び液滴噴射塗布装置は、塗布体として液晶ディスプレイパネルを製造する場合にも適用できるものである。

本発明の一実施の形態に係る液滴噴射塗布装置の概略構成を示す斜視図である。図１に示す液滴噴射塗布装置が備える液滴噴射塗布ヘッドモジュールを示す斜視図である。図２に示す液滴噴射塗布ヘッドモジュールの一部である液滴噴射塗布ヘッドの構造を示す断面図である。充填治具に装着した液滴噴射塗布ヘッドモジュールにおいて、液滴噴射塗布ヘッドを図２に示す状態から９０°回転させた状態を示す斜視図である。充填治具に装着した液滴噴射塗布ヘッドモジュールにおいて、液滴噴射塗布ヘッドを図４に示す状態から９０°回転させた状態を示す斜視図である。従来例の液滴噴射塗布ヘッドモジュールを示す斜視図である。

符号の説明

１…液滴噴射塗布装置、３…液滴噴射塗布ヘッドモジュール、４…支持部、６…保持部、１２…被塗布体、１３…液滴噴射塗布ヘッド、１４…タンク、１７…連結部材、１８…回転式継手、２０…液室、２４…ノズル、２６…供給路

Claims

液体を収容する液室とこの液室に連通される複数のノズルが形成されたノズルプレートおよび排出ポートとを有し、前記ノズルから液滴を噴射する液滴噴射塗布ヘッドと、
前記液室に供給する液体を収容して前記液室に連通されるタンクと、
を備え、
前記液滴噴射塗布ヘッドと前記タンクとが連結部材により連結され、
前記連結部材は、前記タンクの相対位置を回動自在に固定する回転軸を有しており、その回転軸の軸周りに前記液滴噴射塗布ヘッドを１８０度回転させた場合に、前記ノズルプレートの向きを前記排出ポートの向きと異なる所定の向きから、前記回転の前に前記排出ポートが向いていた向きへと、移動させる回転式継手を有することを特徴とする液滴噴射塗布ヘッドモジュール。
前記タンク内の液体が前記液室に供給される供給路中にフィルタが配置されていることを特徴とする請求項１記載の液滴噴射塗布ヘッドモジュール。
請求項１又は２記載の液滴噴射塗布ヘッドモジュールを支持する支持部と、
前記ノズルから噴射される前記液滴が塗布される被塗布体を保持する保持部と、
を備えることを特徴とする液滴噴射塗布装置。
請求項３記載の液滴噴射塗布装置を用いて、液滴を噴射して被塗布体に塗布する塗布工程を有することを特徴とする塗布体の製造方法。