JP5244758B2

JP5244758B2 - 溶液の塗布装置及び塗布方法

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Publication number: JP5244758B2
Application number: JP2009230615A
Authority: JP
Inventors: 貴弘山崎
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: CN1976761B; TWI302333B; TW200701304A; WO2006118089A1; JP2010005619A; CN1976761A; JP4538002B2; JPWO2006118089A1

Description

本発明は、基板に溶液をインクジェット方式で吐出して塗布する溶液の塗布装置及び塗布方法に関する。

たとえば、液晶表示装置の製造工程においては、ガラス製の基板に回路パターンを形成するための成膜プロセスがある。この成膜プロセスでは、基板の板面にたとえば配向膜やレジストなどの機能性薄膜が形成される。

基板に機能性薄膜を形成する場合、この機能性薄膜を形成する溶液をノズルから吐出して基板の板面に塗付するインクジェット方式の塗布装置が用いられることがある。

この塗付装置は、基板を搬送する載置テーブルを有しており、この載置テーブルの上方には、上記ノズルが穿設された複数の塗布ヘッドが基板の搬送方向に対してほぼ直交する方向に沿って設けられている。

それによって、搬送される基板の上面には複数のノズルから吐出された溶液が搬送方向と交差する方向に所定間隔で塗布されるようになっている。基板に溶液をインクジェット方式で塗布する先行技術は、たとえば特許文献１に示されている。

特開平９−１０５９３７号公報

液晶表示装置がアクティブマトリックス方式の場合、上記溶液が塗布される上記基板の板面には、透明導電膜によって電極が光学的に格子状に形成されている。それによって、基板の板面には上記電極が設けられた部分が凸部となり、設けられていない部分が凹部となる凹凸パターンが形成されている。つまり、基板の板面には上記電極によって規則的な凹凸部からなる凹凸パターンが形成されている。

一方、上記塗布ヘッドの複数のノズルからは、所定方向に搬送される基板に対して液滴が一定のタイミングで吐出される。それによって、上記基板には液滴が規則的に塗布される。基板に塗布された液滴は流動して一体化し、所定の厚さの機能性薄膜を形成することになる。

基板に形成される機能性薄膜は厚さが均一であることが要求される。しかしながら、規則的な凹凸部が形成された基板の板面に、塗布ヘッドに設けられた複数のノズルから液滴を一定のタイミングで吐出させて塗布すると、そのタイミングによって各ノズルから基板に塗布された液滴が基板に規則的に形成された凹凸部の凹部に集中して滴下されるということがある。

凹部に滴下された液滴は凸部を形成する電極に邪魔されて周囲に流動し難い。その結果、凹部に滴下された液滴は電極上に十分に広がることができず、電極上でその膜厚が薄くなるので、基板に塗布された液滴によって形成される機能性薄膜は、凸部に対応する部分の膜厚が他の部分の膜厚よりも薄くなり、基板に形成された凹凸部に対応して縞状の筋やまだら模様などのムラが生じ、機能性薄膜の品質が低下するということがあった。

この発明は、基板上に塗布された溶液によって形成される薄膜にムラが発生することを防止することができるようにした溶液の塗布装置及び塗布方法を提供することにある。

この発明は、上面に凹部と凸部が規則的に形成された凹凸パターンを有する基板の上記凹部と凸部に溶液をインクジェット方式で吐出して塗布する溶液の塗布装置であって、
所定方向に沿って配置された複数のノズルを有し、この複数のノズルから一定のタイミングでドット状の上記溶液を上記基板に塗布する塗布ヘッドと、
上記基板と上記塗布ヘッドとを相対的に移動させる駆動手段と、
この駆動手段による上記基板と上記塗布ヘッドとの相対的移動の際、上記各ノズルから吐出されて上記基板上に塗布されるドット状の溶液の各列がそれぞれ、上記基板上面の隣接する、上記凹凸パターンの延長方向に延びる２つ以上の上記凸部に跨るように、上記凹凸パターンの上記延長方向に対して上記相対的移動方向を所定角度ずらすように制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする溶液の塗布装置にある。

この発明は、上面に凹部と凸部が規則的に形成された凹凸パターンを有する基板の上記凹部と凸部に溶液を塗布ヘッドの複数のノズルからインクジェット方式で吐出させて塗布する溶液の塗布方法であって、
上記基板と上記塗布ヘッドとを相対的に移動させる工程と、
上記基板と上記塗布ヘッドとの相対的移動の際、上記各ノズルから一定のタイミングで吐出されて上記基板上に塗布されるドット状の溶液の各列がそれぞれ、上記基板上面の隣接する、上記凹凸パターンの延長方向に延びる２つ以上の上記凸部に跨るように、上記凹凸パターンの上記延長方向に対して上記相対的移動方向を所定角度ずらす工程と
を具備したことを特徴とする溶液の塗布方法にある。

この発明によれば、基板上に塗布された溶液によって形成される薄膜にムラが発生するのを防止することができる。

この発明の一実施の形態の塗布装置の概略的構成を示す正面図。図１に示す塗布装置の側面図。塗布ヘッドの縦断面図。塗布ヘッドのノズルが形成された下面を示す図。制御系統を示すブロック図。基板に透明導電膜によって形成された凹凸パターンを示す説明図。角度θで回転させてＸ方向に駆動される基板と塗布ヘッドとを示す説明図。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１と図２に示すこの発明の塗布装置はほぼ直方体状のベース１を有する。このベース１の下面の所定位置にはそれぞれ脚２が設けられており、上記ベース１を水平に支持している。

図２に示すように、上記ベース１の上面の幅方向両端部には、長手方向に沿ってそれぞれ取付け板３が設けられている。これら取付け板３の上面の幅方向一端部には長手方向に沿ってそれぞれガイド部材４が設けられている。これらガイド部材４の上面には、矩形板状のＸテーブル５が、その下面の幅方向両側に平行に設けられた断面ほぼ逆Ｕ字状の一対の受け部材６をスライド可能に係合させて支持されている。つまり、Ｘテーブル５は上記ガイド部材４に沿うＸ方向に移動可能となっている。

上記ベース１の長手方向一端にはＸ駆動源7が設けられている。このＸ駆動源７はねじ軸８を回転駆動する。このねじ軸８は上記ベース１の長手方向に沿って回転可能に支持されて設けられ、上記Ｘテーブル５の下面に設けられたナット体９に螺合している。したがって、上記Ｘ駆動源７によってねじ軸８が回転駆動されれば、上記Ｘテーブル５が図１に矢印で示すように上記ガイド部材４に沿うＸ方向に駆動されるようになっている。

上記Ｘテーブル５の上面にはθテーブル１１が水平面と直交する軸線を中心にして回転可能に設けられている。このθテーブル１１は上記Ｘテーブル５に設けられたθ駆動源１２によって回転方向に駆動されるようになっている。

上記θテーブル１１の上面には載置テーブル１３が設けられている。この載置テーブル１３にはアクティブマトリックス方式の液晶表示装置に用いられるガラス製の基板Ｗが供給される。この基板Ｗは、上記載置テーブル１３に下面が真空吸着や静電吸着などの手段によって吸着されて保持される。したがって、載置テーブル１３に保持された基板Ｗは上記Ｘテーブル５とθテーブル１１とによってＸ方向とθ方向とに駆動されるようになっている。

図６に示すように上記基板Ｗの上面には、帯状の透明導電膜１４が格子状に設けられている。それによって、基板Ｗの上面には透明導電膜１４によって囲まれた部分が凹部１５ａとなり、透明導電膜１４が設けられた部分が凸部１５ｂとなる凹凸パターン１５が形成されている。つまり、基板Ｗには凹部１５ａと凸部１５ｂとが基板Ｗの長手方向及び幅方向に対して規則的に形成されている。

上記ベース１の長手方向中途部には上記一対のガイド部材４を跨ぐように門型の支持体１７が立設されている。この支持体１７の両側上部には角柱からなる取付け部材１８が水平に架設されている。

上記取付け部材１８にはヘッドテーブル１９が上記Ｘテーブル５の駆動方向であるＸ方向と直交するＹ方向（図２に矢印で示す）に沿って移動可能に設けられている。上記支持体１７の幅方向一側にはＹ駆動源２１が設けられている。このＹ駆動源２１は上記ヘッドテーブル１９をＹ方向に沿って駆動するようになっている。

上記ヘッドテーブル１９の一側面にはインクジェット方式によって機能性薄膜である、たとえば配向膜を形成する溶液をドット状に吐出する複数の塗布ヘッド２２がＹ方向に沿って配置されている。この実施の形態では、たとえば７つの塗布ヘッド２２が千鳥状に二列で配置されている（図７参照）。

図３と図４に示すように、上記各塗布ヘッド２２はヘッド本体２８を備えている。ヘッド本体２８は筒状に形成され、その下面開口は可撓板２９によって閉塞されている。この可撓板２９はノズルプレート３１によって覆われており、このノズルプレート３１と上記可撓板２９との間には複数の液室３２が形成されている。

各液室３２は、ノズルプレート３１内に形成された主管３１Ａに図示しない枝管を介してそれぞれ連通していて、上記主管３１Ａから上記枝管を介して溶液が各液室３２に供給される。主管３１Ａは、一端が後述する給液孔３３に接続され、他端が後述する回収孔３７に接続される。

上記ヘッド本体８の長手方向一端部には上記液室３２に連通する上記給液孔３３が形成されている。この給液孔３３から上記液室３２には機能性薄膜を形成する上記溶液が供給される。それによって、上記液室３２内は溶液で満たされるようになっている。

図４に示すように、上記ノズルプレート３１には、基板Ｗの搬送方向に直交する方向である、Ｙ方向に沿って複数のノズル３４が千鳥状に穿設されている。上記可撓板２９の上面には、図３に示すように上記各ノズル３４にそれぞれ対向して複数の圧電素子３５が設けられている。

各圧電素子３５は上記ヘッド本体２８内に設けられた駆動部３６によって駆動電圧が供給される。それによって、圧電素子３５は伸縮し、可撓板２９を部分的に変形させるから、その圧電素子３５に対向位置するノズル３４から溶液がドット状に吐出され、搬送される基板Ｗの上面に塗付される。したがって、基板Ｗの上面には、ドット状の溶液が行列状に配列されてなる塗布パターンが形成される。そして、この塗布パターンは、ドット状の各溶液が流動して濡れ広がることにより、付着し合って１つの膜となる。

なお、圧電素子３５に印加する電圧の強さを変えて圧電素子３５の作動量を制御すれば、各圧電素子３５が対向するノズル３４からの溶液の吐出量、つまり液滴の大きさを変えることができる。

上記ヘッド本体２８の長手方向他端部には上記液室３２に連通する上記回収孔３７が形成されている。上記給液孔３３から液室３２に供給された溶液は、上記回収孔３７から回収することができるようになっている。すなわち、各ヘッド２２は上記液室３２に供給された溶液をノズル３４から吐出させるだけでなく、上記液室３２を通じて上記回収孔３７から回収することが可能となっている。

図５に示すように、各塗布ヘッド２２に設けられた駆動部３６は制御装置４１によって駆動が制御される。すなわち、上記制御装置４１には、複数の塗布ヘッド２２に形成された各ノズル３４のＸ、Ｙ座標が記憶されている。各ノズル３４のＸ、Ｙ座標は、たとえば各塗布ヘッド２２をヘッドテーブル１９に取付けた後、その塗布ヘッド２２の取付け位置に基いて設定される。それによって、基板Ｗに対する溶液の上記Ｙ方向に沿う吐出位置を制御することができる。

上記制御装置４１は上記駆動部３６だけでなく、Ｘテーブル５をＸ方向に駆動するＸ駆動源７、θテーブル１１をθ方向に駆動するθ駆動源１１及び塗布ヘッド２２が設けられたヘッドテーブル１９をＹ方向に駆動するＹ駆動源２１の駆動も制御するようになっている。

つぎに、上記構成の塗布装置によって基板Ｗに溶液を塗布する場合について説明する。まず、基板Ｗを透明導電膜１４が設けられた面を上にして載置テーブル１３上に吸着保持する。ついで、θ駆動源１２を作動させ、載置テーブル１３とともに基板ＷをＸ方向に対して所定角度で回転させる。θテーブル１１の回転角度θは５〜４５度の範囲が好ましい。図７は基板Ｗを回転角度θで回転させた状態を示している。

載置テーブル１３を回転角度θで回転させたならば、Ｘ駆動源７を作動させて載置テーブル１３をＸ方向に駆動する。つまり、基板Ｗを回転角度θで回転させた状態で図７に矢印で示すＸ方向に駆動する。

基板ＷがＸ方向に駆動されてその基板Ｗの溶液が塗布される塗布領域Ｒ（図７に示す）が塗布ヘッド２２の下方に到達したならば、その塗布領域Ｒに対応位置する複数の塗布ヘッド２２の複数のノズル３４から溶液を基板Ｗに向けて吐出させる。それによって、基板Ｗにはたとえば図７に示す４つの塗布領域Ｒに溶液が塗布されることになる。

上記基板Ｗの溶液の塗布領域Ｒには図６に示すように透明導電膜１４が格子状に設けられ、この透明導電膜１４によって基板Ｗの板面には凹部１５ａと凸部１５ｂからなる凹凸パターン１５が基板Ｗの各辺に沿って規則的に形成されている。一方、溶液は各塗布ヘッド２２のノズル３４から一定のタイミングで基板Ｗに向けてドット状に吐出される。

基板Ｗを回転させていない状態（回転角度θが０度）でＸ方向に駆動すると、基板Ｗに形成された凹部１５ａと凸部１５ｂとの配置方向が基板Ｗの搬送方向であるＸ方向と同方向になる。そのため、ノズル３４から一定のタイミングで吐出される液滴の吐出位置が上記凹部１５ａに一致してしまうことがある。

その場合、基板Ｗに吐出された液滴は凸部１５ｂに邪魔されて流動し難くなるから、液滴が流動することで塗布領域Ｒに形成される機能性薄膜の厚さが凹部１５ａに対応する部分と凸部１５ｂに対応してムラが生じる。

しかしながら、この実施の形態では、基板Ｗに溶液を塗布する際、基板Ｗを５〜４５度の範囲で回転させてＸ方向に搬送するようにしている。つまり、基板Ｗは、基板Ｗの搬送方向であるＸ方向に対し、この基板Ｗの各辺に沿って規則的に形成された凹部１５ａと凸部１５ｂとの配置方向を所定の角度θで傾斜させて搬送される。

ここで、角度θは、基板ＷのＸ方向への搬送中に１つのノズル３４から吐出されて基板Ｗ上に塗布されるドット状の溶液の列が、隣接して配置される２つ以上の凸部１５ｂに跨る角度θに設定することが望ましい。この角度θは、基板Ｗの設計データから得られる透明電極などの凸部１５ｂの配置間隔ｄと塗布領域ＲのＸ方向の寸法Ｒｘとから、たとえば、｛ｔａｎθ＞（ｄ／Ｒｘ）｝の関係から求めることが可能である。

そのため、上記Ｘ方向と交差するＹ方向に沿って配置された複数の塗布ヘッド２２のノズル３４から基板Ｗに向けて吐出される液滴は、その配列方向が基板Ｗに規則的に形成された凹凸パターン１５における凹部１５ａや凸部１５ｂの配置方向に対して傾いた塗布パターンで塗布される。

それによって、液滴は、規則的に形成された凹凸パターン１５のうちの凹部１５ａに偏ることなく、凹部１５ａと凸部１５ｂとの両方の部分に塗布されることになるから、塗布された液滴の流動が凸部１５ｂによって邪魔されることが防止される。そのため、塗布後には溶液が塗布領域Ｒの全体にわたって流動し、ムラの発生が防止された品質の良い機能性薄膜を形成することが可能となる。

基板Ｗを上述したように塗布ヘッド２２の下方に一度通過させるだけで溶液を塗布してもよいが、往復動させて溶液を塗布するようにしてもよい。基板Ｗを往復させて溶液を塗布する場合、往動時と復動時において、基板Ｗの回転角度、つまり載置テーブル１３の回転角度θを変えるようにしても良い。

往動時と復動時に、載置テーブル１３の回転角度θを変えれば、往動時と復動時の塗布領域Ｒに対する液滴の塗布パターンを変化させることができる。つまり、往動時に液滴が塗布されない凹部１５ａや凸部１５ｂにも、復動時には液滴を塗布することができる。

そのため、基板Ｗを単に往復動させて溶液を塗布するだけの場合に比べ、基板Ｗの塗布領域Ｒに対して液滴を凹部１５ａに片寄ることなく塗布することが可能となるから、結果的に基板Ｗに形成される機能性薄膜のムラを防止し、品質を向上させることができる。

基板Ｗの回転角度θが大きい場合、基板ＷのＸ方向と直交するＹ方向の最大幅寸法がノズル３４のＹ方向に沿う配置寸法よりも大きくなることがある。そのような場合、塗布領域ＲをＹ方向に並ぶ複数の領域に分割し、分割した領域毎に溶液を塗布するようにすれば良い。たとえば、図７に示す基板Ｗの場合であって、ノズルの配置寸法が基板ＷのＹ方向の最大寸法よりも小さいが、前記最大寸法の１／２より大きい場合、４つの塗布領域を、基板Ｗの中央を通りＸ方向に沿う直線を境とした２つの塗布領域に分割し、２つの塗布領域のうち一方の塗布領域に溶液を塗布した後、他方の塗布領域に溶液を塗布するようにすれば良い。

一方、基板Ｗの回転角度θを０度にしてＸ方向に駆動しながら溶液を塗布するようにしてもよい。その場合、基板ＷをＸ方向に駆動しながら、塗布ヘッド２２が設けられたヘッドテーブル１９をＹ方向に駆動する。

それによって、基板Ｗが駆動されるＸ方向に対する、上記塗布ヘッド２２の相対的移動方向が上記ヘッドテーブル１９の移動速度に応じた角度で斜め方向にずれることになる。つまり、基板Ｗに形成された凹部１５ａと凸部１５ｂとの配置方向に対し、塗布ヘッド２２の移動方向が相対的に所定角度ずれることになる。

したがって、塗布ヘッド２２のノズル３４から吐出される液滴が基板Ｗの凹部１５ａに集中して塗布されるのを防止することができる。この場合、基板Ｗを往復動させ、往動時と復動時にそれぞれ溶液を塗布するようにしてもよい。

また、図７で説明した例において、載置テーブル１３を回転角度θで回転させる代わりに、基板Ｗを予め回転角度θだけ回転させた状態で載置テーブル１３上に載置するようにしてもよい。この場合、制御手段としての搬送ロボット等の搬送装置を用いて基板Ｗを載置テーブル１３に供給するときに、この搬送ロボットの保持アームを所定の回転角度θだけ回転させる等して、基板Ｗを載置テーブル１３上に供給するとよい。

このようにした場合でも、液滴の配列方向を、基板Ｗに規則的に形成された凹凸パターン１５における凹部１４ａや凸部１５ｂの配列方向に対して傾けることができるので、図７に示した例と同様の効果を得ることができる。

上記一実施の形態では基板を保持した載置テーブルをＸ方向に駆動したが、塗布ヘッドが設けられた支持体をＸ方向に駆動するようにしてもよく、要は基板と塗布ヘッドとを相対的にＸ、Ｙ方向に駆動できる構成であればよい。

また、この発明を、アクティブマトリックス方式の液晶表示装置に用いられるガラス製の基板Ｗに適用した例で説明したが、これに限られるものではなく、たとえば単純マトリックス方式の液晶表示装置に用いられるガラス製の基板にも適用可能であり、要は、凹凸部が規則的に形成された凹凸パターンを有する基板Ｗであれば適用可能である。

また、凹凸パターン１５の凹部１５ａと凸部１５ｂとが基板Ｗの長手方向と幅方向に対して規則的に形成された例で説明したが、これに限らず、基板Ｗの長手方向及び幅方向と傾斜した方向に対して形成されていても良いし、基板Ｗの長手方向或いは幅方向のいずれかに沿って形成されていれば良い。

また、この発明は、凹凸パターン１５の凹部１５ａと凸部１５ｂとが全て規則的に形成されたものに限らず、凹部１５ａと凸部１５ｂの一部が不規則であっても、全体として規則的に形成されたものであれば適用可能である。

また、凹凸パターン１５の凹部１５ａと凸部１５ｂとが基板Ｗの長手方向と幅方向に対して規則的に形成された例において、１つのノズル３４から吐出されて基板Ｗ上に塗布されるドット状の溶液の列の方向と、凸部１５ｂとの間の角度θを４５度までの範囲に設定する例を説明したが、角度θは４５度までの範囲に限定されず、それ以上であっても良い。

７…Ｘ駆動源、１２…θ駆動源、１３…載置テーブル、１４…透明導電膜、１５…凹凸パターン、２１…Ｙ駆動源、２２…塗布ヘッド、３４…ノズル、４１…制御装置。

Claims

上面に凹部と凸部が規則的に形成された凹凸パターンを有する基板の上記凹部と凸部に溶液をインクジェット方式で吐出して塗布する溶液の塗布装置であって、
所定方向に沿って配置された複数のノズルを有し、この複数のノズルから一定のタイミングでドット状の上記溶液を上記基板に塗布する塗布ヘッドと、
上記基板と上記塗布ヘッドとを相対的に移動させる駆動手段と、
この駆動手段による上記基板と上記塗布ヘッドとの相対的移動の際、上記各ノズルから吐出されて上記基板上に塗布されるドット状の溶液の各列がそれぞれ、上記基板上面の隣接する、上記凹凸パターンの延長方向に延びる２つ以上の上記凸部に跨るように、上記凹凸パターンの上記延長方向に対して上記相対的移動方向を所定角度ずらすように制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする溶液の塗布装置。
上記駆動手段は、上記基板を保持するとともに、この基板を水平方向及びこの水平方向に対して直交する軸線を中心とする回転方向に駆動可能な載置テーブルを有し、
上記制御手段は、上記駆動手段によって上記基板を回転させることで、上記凹凸パターンの上記延長方向に対して上記相対的移動方向を所定角度ずらすことを特徴とする請求項１記載の溶液の塗布装置。
上記駆動手段による上記基板と上記塗布ヘッドとの相対的移動を複数回行なうとともに、それぞれの相対的移動の際に、上記相対的移動方向と上記凹凸パターンの上記延長方向との角度のずれを変えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の溶液の塗布装置。
上記駆動手段により、上記基板は上記複数のノズルの配置方向に対して直交する方向に相対的移動させられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶液の塗布装置。
上記凹凸パターンの上記延長方向は、上記基板の長手方向と幅方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶液の塗布装置。
上面に凹部と凸部が規則的に形成された凹凸パターンを有する基板の上記凹部と凸部に溶液を塗布ヘッドの複数のノズルからインクジェット方式で吐出させて塗布する溶液の塗布方法であって、
上記基板と上記塗布ヘッドとを相対的に移動させる工程と、
上記基板と上記塗布ヘッドとの相対的移動の際、上記各ノズルから一定のタイミングで吐出されて上記基板上に塗布されるドット状の溶液の各列がそれぞれ、上記基板上面の隣接する、上記凹凸パターンの延長方向に延びる２つ以上の上記凸部に跨るように、上記凹凸パターンの上記延長方向に対して上記相対的移動方向を所定角度ずらす工程と
を具備したことを特徴とする溶液の塗布方法。