JP5121425B2 - 配向膜塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、塗布対象物に液滴を吐出して配向膜を塗布する配向膜塗布装置及び配向膜塗布装置を用いて配向膜が形成された液晶表示パネルに関する。

配向膜塗布装置は、液晶表示装置等の表示装置を製造する場合、塗布対象物としての基板に配向膜を形成する際に用いられている（例えば、特許文献１参照）。この配向膜塗布装置は、基板に向けて配向膜形成用の塗布液を複数の吐出孔（ノズル）からそれぞれ液滴として吐出（噴射）する塗布ヘッドを備えている。配向膜塗布装置は、ステージ上の基板と塗布ヘッドとを相対移動させながら、その塗布ヘッドにより基板の塗布面に複数の液滴を順次着弾させ、塗布面上に配向膜を形成する。

塗布ヘッドは、各吐出孔にそれぞれ対応する複数の圧電素子を備えている。圧電素子は吐出孔から液滴を吐出する駆動源となり、一つの吐出孔に対して一つの圧電素子が設けられている。圧電素子の大きさは、吐出孔から吐出される液滴の吐出量が所望量となるように設定されている。液滴の着弾ピッチの狭ピッチ化が要望されているが、圧電素子を所定サイズより小さくすることができないため、吐出孔のピッチを狭くしても、その狭ピッチの吐出孔に合わせて圧電素子を配置することが不可能である。このため、吐出孔のピッチが広く、一度の塗布動作で発生する塗り残し部分（基板に着弾した各液滴の間に発生する塗り残し部分）は、塗布ヘッドを何度か往復させる往復塗布動作により塗布される。
特開平９−１０５９３７号公報

しかしながら、前述のように塗布ヘッドを何度か往復させる往復塗布動作を行うと、配向膜の塗布時間が長くなるため、生産性が低下してしまう。また、吐出孔ピッチ間を埋めるための往復塗布動作のために塗布時間が長くなると、往復塗布動作の最初と最後とで、時間差に起因して液滴の乾燥の仕方に差が生じるので、これにより、配向膜に筋状のムラが発生し、製造される液晶表示パネルの品質が低下してしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、往復塗布動作に起因する生産性の低下を防止することができる配向膜塗布装置を提供することである。

また、本発明の目的は、筋状のムラが抑制された品質の良い液晶表示パネルを提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、配向膜塗布装置において、複数の吐出孔と、複数の吐出孔に連通して配向膜形成用の塗布液を収容する液室と、液室の容積を変える圧電素子とを有し、圧電素子により液室の容積を変化させ、液室内の塗布液を複数の吐出孔から液滴として吐出する塗布ヘッドを備え、液室は筒形状に形成されており、複数の吐出孔は、筒形状の液室の一方の端部側に個々の吐出孔が液室に個別に連通して設けられており、圧電素子は、複数の吐出孔と対向するように、筒形状の液室の他方の端部側に設けられており、複数の吐出孔の各々の大きさは、複数の吐出孔の並びにおける内側から外側に向かって徐々に大きくなるように調整されていることである。

本発明によれば、往復塗布動作に起因する生産性の低下を防止することができる配向膜塗布装置を提供することができる。

また、筋状のムラが抑制された品質の良い液晶表示パネルを提供することができる。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る配向膜塗布装置１は、塗布対象物としての基板Ｋが水平状態（図中、Ｘ軸方向とそれに直交するＹ軸方向に沿う状態）で載置されるステージ２と、そのステージ２を保持してＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構３と、ステージ２上の基板Ｋに向けて配向膜形成用の塗布液を液滴として吐出する複数の塗布ヘッド４と、それらの塗布ヘッド４を支持する支持部材５と、各部を制御する制御部６と、Ｙ軸移動機構３及び支持部材５を支持する架台７とを備えている。

ステージ２は、Ｙ軸移動機構３上に積層され、Ｙ軸方向に移動可能に設けられている。このステージ２はＹ軸移動機構３によりＹ軸方向に移動する。なお、ステージ２には、基板Ｋが自重により載置されるが、これに限るものではなく、例えば、その基板Ｋを保持するため、静電チャックや吸着チャック等の機構を設けるようにしてもよく、また、基板Ｋを支持する出没可能な複数の支持ピン等を設けるようにしてもよい。

Ｙ軸移動機構３は、ステージ２をＹ軸方向に案内して移動させる移動機構である。このＹ軸移動機構３は制御部６に電気的に接続されており、その駆動が制御部６により制御される。なお、Ｙ軸移動機構３としては、例えば、リニアモータを駆動源とするリニアモータ移動機構やモータを駆動源とする送りネジ移動機構等を用いる。

各塗布ヘッド４は、支持部材５に例えば直線状又は千鳥状に配設されている。これらの塗布ヘッド４は、図２乃至図４に示すように、複数の吐出孔Ｎ（例えば、九個の吐出孔Ｎ）を一つの群とする複数の吐出孔群Ｎａと、それらの吐出孔群Ｎａにそれぞれ連通して配向膜形成用の塗布液を収容する円筒形状の複数の液室Ｅと、それらの液室Ｅの容積をそれぞれ変える複数の圧電素子４ａとをそれぞれ具備している。なお、図３では各圧電素子４ａが収縮した状態であり、図４では各圧電素子４ａが膨張した状態である。

各吐出孔群Ｎａは、塗布ヘッド４の吐出面Ｍに千鳥状（ジクザグ状）に配置されている（図２参照）。各吐出孔群Ｎａにおける吐出孔ＮのピッチＰは例えば０．１ｍｍ以下程度であり、隣接する各吐出孔群Ｎａにおける離間距離ＬはピッチＰと同じである。例えば、吐出孔Ｎの数は数十個から数百個程度であり、吐出孔Ｎの直径は数μｍから数十μｍ程度である。また、一つの吐出孔群Ｎａの各吐出孔Ｎの各々の大きさは、それらの吐出孔Ｎの各々の液滴の吐出量が同じになるように、例えば、各吐出孔Ｎの並びにおける内側から外側に向かって徐々に大きくなるように調整されている（図２参照）。これにより、基板Ｋに対して配向膜を均一に塗布することが可能になる。

各液室Ｅは、供給された塗布液をそれぞれ収容する収容室であり、塗布ヘッド４の内部に設けられている（図３及び図４参照）。さらに、各液室Ｅは、それぞれ吐出孔群Ｎａに対向するように位置付けられており、吐出孔群Ｎａ毎に千鳥状に配置されている。塗布ヘッド４の内部には、各液室Ｅにそれぞれ連通する複数の枝管路Ｅａやそれらの枝管路Ｅａに連通する主管路（図示せず）等が設けられている。この主管路には、配向膜形成用の塗布液が、その塗布液を貯留する外部タンクからチューブ等を介して供給される。この塗布液としては、例えばポリイミド（ＰＩ）溶液を用いる。

各圧電素子４ａは、その変形により各液室Ｅの容積をそれぞれ増減させる部材である（図３及び図４参照）。これらの圧電素子４ａは収縮及び膨張可能に塗布ヘッド４の内部にそれぞれ設けられており、各液室Ｅの壁面の一部として機能する。さらに、各圧電素子４ａはそれぞれ吐出孔群Ｎａに対向するように位置付けられており、吐出孔群Ｎａ毎に千鳥状に配置されている（図２参照）。これらの圧電素子４ａは制御部６に電気的に接続されており、その駆動が制御部６により制御される。一つの圧電素子４ａの駆動により、一つの液室Ｅの容積が増減する（液室Ｅが拡大／復元する）。したがって、一つの圧電素子４ａにより一つの吐出孔群Ｎａの各吐出孔Ｎ（例えば九個の吐出孔Ｎ）から複数の液滴（例えば九滴）が同時に吐出されることになる。

このような塗布ヘッド４は、各圧電素子４ａに対する駆動電圧の印加に応じて、各圧電素子４ａにより各液室Ｅの容積を変化させ、各液室Ｅ内の塗布液をそれらの液室Ｅにそれぞれ連通する各吐出孔Ｎから液滴として吐出する。なお、塗布液は外部タンクから主管路及び枝管路Ｅａを介して各液室Ｅ内に供給され、各液室Ｅは塗布液により満たされている。この状態で、圧電素子４ａが駆動されると、駆動した圧電素子４ａに対応する液室Ｅ内の塗布液がその液室Ｅに連通する各吐出孔Ｎから押し出され、液滴として吐出される。

詳述すると、圧電素子４ａは駆動電圧の印加により収縮し（容積増加動作）、この収縮に応じて液室Ｅ内の容積が増大し、液室Ｅ内に枝管路Ｅａから塗布液が引き込まれる（図３参照）。その後、電圧印加の解除により圧電素子４ａが膨張（復元）し（容積減少動作）、液室Ｅ内の容積も減少して元に戻る（図４参照）。このとき、液室Ｅ内の塗布液が各吐出孔Ｎから押し出され、液滴として吐出される。すなわち、一つの圧電素子４ａが一つの吐出孔群Ｎａの各吐出孔Ｎ（例えば九個の吐出孔Ｎ）から同時に液滴を吐出させる。

図１に戻り、支持部材５は、各塗布ヘッド４を支持する門型のコラムである。この支持部材５は、その延伸部がＸ軸方向に沿うように位置付けられ、その脚部が架台７の上面に固定されて架台７上に設けられている。なお、各塗布ヘッド４は延伸部の前面（図１中）に設けられている。

制御部６は、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータと、塗布に関する塗布情報や各種のプログラム等を記憶する記憶部と（いずれも図示せず）を備えている。この制御部６は架台７内に設けられている（図１参照）。塗布情報は、ドットパターン等の所定の塗布パターン、塗布ヘッド４の吐出周波数及び基板Ｋの移動速度に関する情報等を含んでいる。このような制御部６は、塗布動作を行う場合、塗布情報に基づいてＹ軸移動機構３及び各塗布ヘッド４を制御する。

次に、前述の配向膜塗布装置１が行う塗布動作について説明する。なお、配向膜塗布装置１の制御部６が各種のプログラムに基づいて塗布処理を実行する。

制御部６は、塗布情報に基づいてＹ軸移動機構３を制御し、各塗布ヘッド４を基板Ｋの塗布面にそれぞれ対向する塗布開始位置に移動させる。その後、制御部６は、塗布情報に基づいて、Ｙ軸移動機構３及び各塗布ヘッド４を制御し、ステージ２をＹ軸方向に移動させながら各塗布ヘッド４に塗布液を吐出させ、ステージ２上の基板Ｋの塗布面に各液滴を塗布する。このとき、各塗布ヘッド４は、Ｙ軸方向に移動するステージ２上の基板Ｋの塗布面に向けて液滴を吐出し、Ｘ軸方向に並ぶドット列をＹ軸方向に順次塗布する。基板Ｋの塗布面に着弾した各液滴はそれぞれすぐに広がってつながり、膜となる。これにより、配向膜が基板Ｋの塗布面上に形成される。なお、各塗布ヘッド４は基板Ｋの移動方向に直交するＸ軸方向に基板Ｋの幅全体を網羅するように並べて設けられているので、基板Ｋの塗布面全体に一度で配向膜を形成することができる。

この塗布動作において、塗布ヘッド４は、一つの圧電素子４ａにより一つの吐出孔群Ｎａの各吐出孔Ｎ（例えば、九個の吐出孔Ｎ）から同時に液滴を吐出する。したがって、一つの圧電素子４ａが複数の吐出孔Ｎからそれぞれ液滴を吐出する駆動源となるので、各圧電素子４ａの配置に依存せずに吐出孔ＮのピッチＰを例えば０．１ｍｍ以下程度に狭くすることが可能になる。これにより、各吐出孔Ｎ間のピッチは十分に狭ピッチ化され、基板Ｋに着弾した各液滴の間に塗り残し部分が発生しないので、塗布ヘッド４を何度か往復させる往復塗布動作を行う必要がなくなり、塗布時間を短縮することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、複数の吐出孔Ｎと、それらの吐出孔Ｎに連通して配向膜形成用の塗布液を収容する液室Ｅと、その液室Ｅの容積を変える圧電素子４ａとを有し、その圧電素子４ａにより液室Ｅの容積を変化させ、液室Ｅ内の塗布液を各吐出孔Ｎから液滴として吐出する塗布ヘッド４を設けることによって、一つの圧電素子４ａにより複数の吐出孔Ｎからそれぞれ液滴が吐出される。したがって、一つの圧電素子４ａが複数の吐出孔Ｎからそれぞれ液滴を吐出する駆動源となることから、各圧電素子４ａの配置に依存せずに吐出孔ＮのピッチＰを狭くすることが可能になる。これにより、塗布ヘッド４は十分に狭ピッチ化され、基板Ｋに着弾した各液滴の間に塗り残し部分が発生せず、塗布ヘッド４を何度か往復させる往復塗布動作を行う必要がなくなるので、塗布時間を短縮することが可能になり、往復塗布動作に起因する生産性の低下を防止することができる。加えて、基板Ｋの塗布面全体に一度で配向膜を形成することが可能になるので、往復塗布動作を行う場合に比べ、液滴の乾燥状態等の塗布状態が一様となり、塗布時間差に起因する筋ムラ等の発生が抑制され、均一な配向膜を得ることができる。これにより、製造される液晶表示パネルの品質を向上させることができる。

また、一つの吐出孔群Ｎａの各吐出孔Ｎの各々の大きさは、それらの吐出孔Ｎの各々の液滴の吐出量が同じになるように調整されていることから、基板Ｋに対して配向膜を均一に塗布することができる。

さらに、一つの吐出孔群Ｎａの各吐出孔Ｎの各々の大きさは、各吐出孔Ｎの並びにおける内側から外側に向かって徐々に大きくなるように調整されていることから、圧電素子４ａの変形による吐出力が伝わり易い液室Ｅの内側の吐出孔Ｎと圧電素子４ａの変形による吐出力が伝わり難い液室Ｅの外壁側に位置する吐出孔Ｎとで同じ吐出量を得ることが可能になるので、吐出孔Ｎの大きさ調整により容易に各吐出孔Ｎからの吐出量を同じにすることができる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、前述の実施の形態においては、塗布ヘッド４に対して基板Ｋを移動させるようにしているが、これに限るものではなく、基板Ｋに対して塗布ヘッド４を移動させるようにしてもよく、基板Ｋと塗布ヘッド４とを相対移動させるようにすればよい。

また、前述の実施の形態においては、基板Ｋの移動方向に直交するＸ軸方向に基板Ｋの幅全体を網羅するように複数の塗布ヘッド４を並べて用いているが、これに限るものではなく、一つの塗布ヘッド４を用いるようにしてもよく、あるいはＸ軸方向に基板Ｋの幅全体より短く複数の塗布ヘッド４を並べて用いるようにしてもよい。これらの場合には、基板Ｋの塗布面全体に複数回に分けて塗布液を塗布する制御を行う。このような場合でも、本発明の実施の形態に係る塗布ヘッド４を用いることによって、従来に比べ、往復塗布動作の回数を減少させることができる。

最後に、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。

本発明の実施の一形態に係る配向膜塗布装置の概略構成を示す外観斜視図である。 図１に示す配向膜塗布装置が備える塗布ヘッドの吐出面を示す平面図である。 図１に示す配向膜塗布装置が備える塗布ヘッド内部の概略構成を示す模式図である。 図１に示す配向膜塗布装置が備える塗布ヘッド内部の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 配向膜塗布装置
４ 塗布ヘッド
４ａ 圧電素子
Ｅ 液室
Ｎ 吐出孔

Claims (1)

1. 複数の吐出孔と、前記複数の吐出孔に連通して配向膜形成用の塗布液を収容する液室と、前記液室の容積を変える圧電素子とを有し、前記圧電素子により前記液室の容積を変化させ、前記液室内の前記塗布液を前記複数の吐出孔から液滴として吐出する塗布ヘッドを備える配向膜塗布装置であって、
   前記液室は筒形状に形成されており、
   前記複数の吐出孔は、筒形状の前記液室の一方の端部側に個々の吐出孔が液室に個別に連通して設けられており、
   前記圧電素子は、複数の吐出孔と対向するように、筒形状の前記液室の他方の端部側に設けられており、
   前記複数の吐出孔の各々の大きさは、前記複数の吐出孔の並びにおける内側から外側に向かって徐々に大きくなるように調整されていることを特徴とする配向膜塗布装置。

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