JP5537223B2

JP5537223B2 - 塗布装置

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Publication number: JP5537223B2
Application number: JP2010077979A
Authority: JP
Inventors: 隆介伊藤; 幸宏高村; 秀一相良; 宗明大宅
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: KR20110109829A; KR101233932B1; JP2011206715A

Description

この発明は、有機ＥＬ表示装置用ガラス基板、液晶表示装置用ガラス基板、ＰＤＰ用ガラス基板、太陽電池用基板、電子ペーパー用基板あるいは半導体製造装置用マスク基板等の基板に塗布液を塗布する塗布装置に関する。

例えば、高分子有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）材料を用いたアクティブマトリックス駆動方式の有機ＥＬ表示装置を製造するときには、ガラス基板に対して、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）回路の形成工程、陽極となるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）電極の形成工程、隔壁の形成工程、正孔輸送材料を含む流動性材料の塗布工程、加熱処理による正孔輸送層の形成工程、有機ＥＬ材料を含む流動性材料の塗布工程、加熱処理による有機ＥＬ層の形成工程、陰極の形成工程、および、絶縁膜の形成による封止工程が順次実行される。

このような有機ＥＬ表示装置の製造時に、正孔輸送材料を含む流動性材料や有機ＥＬ材料を含む流動性材料等の塗布液を基板に塗布する塗布装置として、塗布液を連続的に吐出する複数のノズルを、基板に対して主走査方向および副走査方向に相対移動させることにより、基板上の塗布領域に塗布液をストライプ状に塗布する装置が知られている。

また、特許文献１には、複数のノズルを有する塗布ヘッドを主走査方向に往復移動させるヘッド移動機構として、主走査方向に伸びるガイド部に係合しつつガイド部との間にエアを噴出することにより、非接触状態にてガイド部に支持されるスライダを採用したものが提案されている。この特許文献１に記載された塗布装置においては、スライダにエア供給管を介してエアが供給される。また、このスライダに取り付けられる塗布ヘッドにおける複数のノズルには、塗布液貯留部と接続された可撓性の塗布液供給管を介して塗布液が供給される。

特開２００９−１３１７３５号公報

このような塗布装置においては、塗布液の膜厚の均一性が要求される。このように塗布液の膜厚を均一にするためには、ノズルから吐出される塗布液の流量を均一にする必要がある。

しかしながら、塗布ヘッドにおける複数のノズルと塗布液貯留部とを可撓性の塗布液供給管を介して接続した状態で、高速で往復移動するノズルに塗布液を供給した場合には、ノズルの移動に伴う塗布液供給管の変形や、塗布液供給管内の塗布液に付与される慣性力等の影響により、ノズルから吐出される塗布液の流量を一定に維持することは困難となる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、往復移動するノズルに対して可撓性の塗布液供給管により塗布液貯留部から塗布液を送液した場合においても、塗布液の流量を一定に維持して塗布液を均一に塗布することが可能な塗布装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、基板に塗布液を塗布する塗布装置であって、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板に対して塗布液を吐出する複数のノズルを有する塗布ヘッドと、前記塗布ヘッドを、基板の表面に対して平行な主走査方向に往復移動させる主走査方向移動機構と、前記基板保持部を、前記主走査方向と直交し、かつ、基板の表面に対して平行な副走査方向に、前記塗布ヘッドに対して相対的に移動させる副走査方向移動機構と、貯留部に貯留された塗布液を圧送するためのポンプと、前記ポンプに接続された分岐管と、その一端が複数のマスフローコントローラを介して前記分岐管と接続され、前記塗布液貯留部から前記塗布ヘッドにおける各ノズルに対して塗布液を送液するための可撓性を有する複数の塗布液供給管と、前記各ノズルと各塗布液供給管との間に配設され、そこを通過する塗布液の圧力変動を吸収する複数の圧力変動吸収機構と、を備え、前記複数の圧力変動吸収機構は、前記塗布ヘッドに配設され、前記複数のノズルと一体となって主走査方向に往復移動することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記圧力変動吸収機構は、前記ノズルと連通する塗布液の送液路と、当該塗布液の送液路に連通した状態で上方に立設され、その上端部が閉止された管状部材とを備えたＴ字型管路より構成される。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記圧力変動吸収機構は、一端が前記塗布液供給管と連通しその他端が前記ノズルと連通する塗布液の流路と、その上部に開口部が形成されるとともに塗布液の貯留部を備えたチャンバーと、前記開口部に配設された弾性変形可能な薄膜とを備える。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記圧力変動吸収機構は、前記ノズルと連通するとともに、その内圧により弾性変形する軟質チューブより構成される。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記圧力変動吸収機構は、前記ノズルと連通された微小オリフィスを有する管路より構成される。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記圧力変動吸収機構がラビリンス構造を有する。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明において、前記ノズルは、前記副走査方向に関して所定のピッチで複数個配設されており、前記塗布液供給管と前記圧力変動吸収機構は、各ノズルに対応して配設されるとともに、前記複数の塗布液供給管は、各々、前記塗布液貯留部から塗布液を圧送するポンプとマスフローコントローラを介して連結されている。

請求項１乃至請求項６に記載の発明によれば、往復移動するノズルに対して可撓性の塗布液供給管により塗布液貯留部から塗布液を送液した場合においても、塗布液の流量を一定に維持して塗布液を均一に塗布することが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、複数のノズルに対してポンプの作用で塗布液を圧送した場合においても、各ノズルから吐出される塗布液の流量を一定に維持して塗布液を均一に塗布することが可能となる。

この発明に係る塗布装置の平面図である。この発明に係る塗布装置の正面図である。ヘッド移動機構２１におけるスライダ３１付近の断面図である。塗布液貯留部２４と複数のノズル２３との接続関係を示す模式図である。この発明の第１実施形態に係る圧力変動吸収機構７０の概要図である。この発明の第２実施形態に係る圧力変動吸収機構７０の概要図である。この発明の第３実施形態に係る圧力変動吸収機構７０の概要図である。微小オリフィスと圧力変動との関係を示す説明図である。この発明の第４実施形態に係る圧力変動吸収機構７０の概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る塗布装置の平面図であり、図２はその正面図である。

この塗布装置は、矩形状のガラス基板１００に対して塗布液を塗布するためのものである。より詳細には、この塗布装置は、アクティブマトリックス駆動方式の有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置用のガラス基板１００に、揮発性の溶媒（本実施の形態では、芳香族の有機溶媒の１つである４−メチルアニソール）、および、発光材料としての有機ＥＬ材料を含む塗布液を塗布するためのものである。

この塗布装置は、ガラス基板１００を移動させるための基板移動機構１１を備える。この基板移動機構１１は、図２に示すように、ガラス基板１００をその裏面から保持する基板保持部１０を有する。この基板保持部１０は、一対のレール１２に沿って移動する基台１３と、この基台１３上に配設された回転台１４とにより支持されている。このため、この基板保持部１０は、図１に示すＹ方向に、ガラス基板１００の表面と平行に移動可能となっている。このＹ方向は、後述する塗布ヘッド２０の往復移動方向である主走査方向（図１におけるＸ方向）と直交する方向である。以下、このＹ方向を「副走査方向」とも呼称する。また、この基板保持部１０は、鉛直方向（図１におけるＺ方向）を向く軸を中心に、回転可能となっている。

この基板保持部１０は、ガラス基板１００を下側から加熱するヒータをその内部に備える。このガラス基板１００の表面には、それぞれがＸ方向に伸びる複数の塗布領域が、Ｙ方向に、例えば１００〜１５０μｍのピッチにて配列形成されている。この塗布領域は、例えば、Ｘ方向に配置された隔壁などによって形成されている。

また、この塗布装置は、ガラス基板１００上に形成された、図示しないアライメントマークを撮像して検出するとともに、後述する塗布軌跡を撮像するための左右一対の撮像部１５を備える。この一対の撮像部１５には、各々、ＣＣＤカメラが配設されている。また、この塗布装置は、塗布軌跡の試験的な塗布に使用される左右一対の試験塗布ステージ部１６を備える。

基板保持部１０に保持されたガラス基板１００の表面に向けて塗布液を吐出する塗布ヘッド２０は、ヘッド移動機構２１により、一対のガイド部２２に沿って、ガラス基板１００表面に平行な主走査方向（図１におけるＸ方向）に往復移動される。この塗布ヘッド２０には、同一種類の塗布液を連続的に吐出するための複数のノズル２３が副走査方向に関して等間隔に配設されている。図１および図２では図示の都合上、５個のノズル２３のみを図示しているが、ノズル２３の個数は、さらに多数でもよく、また、１個であってもよい。また、ノズル２３の配置は所定のピッチであれば等間隔でなくてもよい。

塗布ヘッド２０は、後述するエア供給管および後述する複数の塗布液供給管６４をひとまとめにした供給管群２６を介して、塗布液貯留部２４およびエア供給源２５と接続されている。塗布ヘッド２０の往復移動方向（Ｘ方向）に関して基板保持部１０の両側には、塗布ヘッド２０におけるノズル２３からの塗布液を受ける２つの受液部１７、１８が配設されている。また、塗布ヘッド２０の往復移動方向（Ｘ方向）に関して一方の受液部１８の側方には、上述した複数のノズル２３の副走査方向のピッチを調整するためのノズルピッチ調整機構１９が配設されている。

図３は、ヘッド移動機構２１におけるスライダ３１付近の断面図である。

図１に示すヘッド移動機構２１におけるガイド部材２２には、スライダ３１が摺動可能に配設されている。このスライダ３１には、ガイド部材２２が貫通する貫通孔３２が形成されている。このスライダ３１には、図１に示すように、供給管群２６に含まれるエア供給管を介して、エア供給源２５から一定圧力のエアが供給される。このため、図３に示すように、貫通孔３２の内周面とガイド部２２の外周面との間にエアが噴出される。図３では、エアの噴出方向を符号Ａ１を付す矢印にて示している。これにより、スライダ３１がガイド部２２に非接触状態にて係合しつつ、主走査方向に移動可能に支持される。

図１を参照して、一対のガイド部２２の両端部付近には、Ｚ軸方向を向く軸を中心に回転可能な一対のプーリ３３が配設されている。この一対のプーリ３３には、無端状の同期ベルト３４が巻回されている。スライダ３１の一端は、この同期ベルト３４に固定されている。一方、スライダ３１の他端には、上述した塗布ヘッド２０が固定されている。このため、図示しないモータの駆動により同期ベルト３４を時計回りあるいは反時計回りに回転させることにより、塗布ヘッド２０を（−Ｘ）方向または（＋Ｘ）方向に往復移動させることができる。このとき、上述した気体の作用により、スライダ３１をガイド部２２に対して非接触状態で支持することができるので、塗布ヘッド２０の往復移動を、高速かつ滑らかなものとすることが可能となる。

この塗布装置においては、このヘッド移動機構２１が、塗布ヘッド２０を主走査方向に移動させる主走査方向移動機構となり、基板移動機構１１が、基板保持部を副走査方向に移動させる副走査方向移動機構となる。この塗布装置においては、塗布ヘッド２０の主走査方向への移動が完了する毎に、ガラス基板１００を副走査方向に移動させることにより、ガラス基板１００の表面の塗布領域に対して塗布液の塗布を実行する。なお、塗布ヘッド２０の主走査時には、受液部１７、１８の近傍にて加速または減速が完了し、ガラス基板１００の上方においては、塗布ヘッド２０は、例えば、毎秒３〜５ｍ程度の一定速度で移動する。

図４は、図１に示す塗布液貯留部２４と複数のノズル２３との接続関係を示す模式図である。

上述した塗布液貯留部２４は、塗布液を圧送するための単一のポンプ６１と連結されている。このポンプは、分岐管を介して複数のマスフローコントローラ６２と連結されている。塗布ヘッド２０において副走査方向に等間隔に配設された複数のノズル２３は、各々、この発明の特徴部分である圧力変動吸収機構７０と、上述した可撓性の塗布液供給管６４と、電磁開閉弁６３とを介して、マスフローコントローラ６２と接続されている。

なお、各ノズル２３および圧力変動吸収機構７０は、塗布ヘッド２０に配設されており、複数のノズル２３と圧力変動吸収機構７０とは、一体となって主走査方向に往復移動する構成となっている。

ポンプ６１の作用により塗布液貯留部２４に貯留された塗布液は、マスフローコントローラ６２に向けて圧送される。そして、この塗布液はマスフローコントローラ６２においてその流量を調整された後、電磁開閉弁６３および可撓性の塗布液供給管６４を介して圧力変動吸収機構７０に送られる。このとき、塗布ヘッド２０が高速で往復移動することによる塗布液供給管６４の変形や、塗布液供給管６４内の塗布液に付与される慣性力等の影響により、塗布液供給管６４により送液される塗布液の圧力が変動し、その流量を一定に維持することは困難となる。このため、圧力変動吸収機構７０において、この塗布液の圧力の変動を吸収し、各ノズル２３から吐出される塗布液の流量を一定としている。

次に、この圧力変動吸収機構７０の構成について説明する。図５は、この発明の第１実施形態に係る圧力変動吸収機構７０の概要図である。

この第１実施形態に係る圧力変動吸収機構７０は、その一端が塗布液供給管６４と連通し、その他端がノズル２３と連通する塗布液の送液路７１と、当該塗布液の送液路７１に連通した状態で上方に立設され、その上端が閉止部材７３により閉止された管状部材７２とを備えたＴ字型管路より構成される。この圧力変動吸収機構７０においては、管状部材７２における塗布液の上部に形成された領域７４に、気体が封入されている。そしてこの気体の体積変動により、塗布液の圧力変動を吸収することができる。

すなわち、ノズル２３に供給される塗布液の圧力が上がった場合には、図５（ａ）に示すように、管状部材７２における塗布液の上部に形成された領域７４に封入された気体が圧縮されて領域７４の体積が小さくなり、ノズル２３に供給される塗布液の圧力が下がった場合には、図５（ｂ）に示すように、管状部材７２における塗布液の上部に形成された領域７４に封入された気体が開放されて領域７４の体積が大きくなる。これにより、この圧力変動吸収機構７０において塗布液の圧力の変動を吸収して、各ノズル２３から吐出される塗布液の流量を一定とすることが可能となる。なお、図５においては、管状部材７２は上方に立設されていたが、封入された気体が送液路７１に影響をしない場合には、上方に限られず、横方向でもかまわない、また、送液方向に直交していなくてもよい。

図６は、この発明の第２実施形態に係る圧力変動吸収機構７０の概要図である。

この第２実施形態に係る圧力変動吸収機構７０は、その一端が塗布液供給管６４と連通しその他端がノズル２３と連通する塗布液の流路７６と、その上部に開口部が形成されるとともに塗布液の貯留部７７を備えたチャンバー７５と、このチャンバー７５における開口部に配設された弾性変形可能な薄膜７８とにより構成される。この圧力変動吸収機構７０においては、弾性変形可能な薄膜７８の作用により、塗布液の圧力変動を吸収することができる。

すなわち、ノズル２３に供給される塗布液の圧力が上がった場合には、図６（ａ）に示すように、薄膜７８が上方に膨らんで塗布液の貯留部７７の体積が大きくなり、ノズル２３に供給される塗布液の圧力が下がった場合には、図６（ｂ）に示すように、薄膜７８が下方に凹んで塗布液の貯留部７７の体積が小さくなる。これにより、この圧力変動吸収機構７０において塗布液の圧力の変動を吸収して、各ノズル２３から吐出される塗布液の流量を一定とすることが可能となる。

なお、図６に示す実施形態のように、チャンバー７５における開口部に配設された弾性変形可能な薄膜７８の作用により圧力変動を吸収するかわりに、塗布液供給管路６４と連通する塗布液の流路自体を弾性変形可能なチューブにより構成し、このチューブ自体の弾性変形により塗布液の圧力変動を吸収するようにしてもよい。

図７は、この発明の第３実施形態に係る圧力変動吸収機構７０の概要図である。

図７（ａ）に示す圧力変動吸収機構７０は、その一端が塗布液供給管６４と連通しその他端がノズル２３と連通するとともに、その内部に隔壁８２による微小オリフィスが形成された管路８１より構成されている。また、図７（ｂ）に示す圧力変動吸収機構７０は、その一端が塗布液供給管６４と連通しその他端がノズル２３と連通するとともに、その内部に複数の隔壁８４により、ラビリンス構造の微小オリフィスが形成された管路８３より構成されている。この圧力変動吸収機構７０においては、微小オリフィスの作用により、塗布液の圧力変動を吸収することができる。

図８は、微小オリフィスと圧力変動との関係を示す説明図である。なお、図８（ａ）は管路の内径と流速との関係を示し、図８（ｂ）はそのときの圧力変動を示している。

図８（ａ）に示すように、管路の内径がある値から小さくなった後に、再度、元の内径に戻った場合には、そこを通過する塗布液の平均的な流速は、Ｖ１から、一旦、Ｖ１より早いＶ２となり、しかる後、再度Ｖ１となる。このときに、塗布液と管路内壁との摩擦による管路を流れる塗布液の圧力損失は、その流速の２乗に比例する。このため、管路内に微小オリフィスを設けることにより、圧力変動を圧力損失により吸収することができる。このため、この圧力変動吸収機構７０において塗布液の圧力の変動を吸収して、各ノズル２３から吐出される塗布液の流量を一定とすることが可能となる。

図９は、この発明の第４実施形態に係る圧力変動吸収機構７０の概要図である。

この第４実施形態に係る圧力変動吸収機構７０は、その一端が塗布液供給管６４と連通しその他端がノズル２３と連通する多数の軟質チューブ８５より構成されている。これらの多数の軟質チューブ８５は、同じく軟質の外側チューブ８６によりとりまとめられている。この圧力変動吸収機構７０においては、上述した第３実施形態と同様、小径の軟質チューブ８５が微小オリフィスを構成することになり、この小径の軟質チューブ８５による管路抵抗により、塗布液の圧力変動を吸収することが可能となる。

以上のような構成を有する塗布装置において、塗布液の塗布を開始する場合においては、最初に、ガラス基板１００が基板保持部１０に保持される。そして、撮像部１５によりガラス基板１００に形成されたアライメントマークを検出し、その検出結果に基づいて基板保持部１０が移動および回転し、ガラス基板１００が図１において実線にて示す塗布開始位置に配置される。この状態において、塗布ヘッド２０における複数のノズル２３から塗布液の吐出が開始されるとともに、ヘッド移動機構２１により塗布ヘッド２０が主走査方向に移動される。

そして、複数のノズル２３のそれぞれからガラス基板１００の表面に向けて塗布液が一定の流量にて連続的に吐出されるとともに、塗布ヘッド２０が主走査方向に連続的に一定の速度にて移動し、ガラス基板１００の塗布領域の複数の線状領域に塗布液がストライプ状に塗布される。このときには、圧力変動吸収機構７０において塗布液の圧力の変動が吸収されることから、各ノズル２３から吐出される塗布液の流量を一定とすることが可能となる。

そして、塗布ヘッド２０が図１および図２中に二点鎖線にて示す受液部１８と対向する待機位置まで移動することにより、塗布液によるストライプ状のパターンが形成される。塗布ヘッド２０が待機位置まで移動すると、基板移動機構１１が駆動され、ガラス基板１００が基板保持部１０と共に副走査方向に移動する。このとき、塗布ヘッド２０では、複数のノズル２３から受液部１８に向けて塗布液が連続的に吐出されている。

以上のような動作を必要な塗布動作が完了するまで継続する。そして、ガラス基板１００が塗布終了位置まで移動すると、複数のノズル２３からの塗布液の吐出が停止され、塗布装置によるガラス基板１００に対する塗布液の塗布動作が終了する。塗布が終了したガラス基板１００は、他の塗布装置等に搬送され、この塗布装置により塗布された塗布液以外の他の２色の塗布液が塗布される。そして、ガラス基板１００に対して所定の塗布工程が行われた後、他の部品と組み合わされて有機ＥＬ表示装置が製造される。

１０基板保持部
１１基板移動機構
１２レール
１３基台
１４回転台
１５撮像部
１６試験塗布ステージ部
１７受液部
１８受液部
１９ノズルピッチ調整機構
２０塗布ヘッド
２１ヘッド移動機構
２２ガイド部
２３ノズル
２４塗布液貯留部
２５エア供給源
３１スライダ
３２貫通孔
３３プーリ
３４同期ベルト
６１ポンプ
６２マスフローコントローラ
６３電磁開閉弁
６４塗布液供給管
７０圧力変動吸収機構
７１送液路
７２管状部材
７３閉止部材
７５チャンバー
７６流路
７７貯留部
７８薄膜
８１管路
８２隔壁
８３管路
８４隔壁
８５軟質チューブ
８６外側チューブ
１００ガラス基板

Claims

基板に塗布液を塗布する塗布装置であって、
基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板に対して塗布液を吐出する複数のノズルを有する塗布ヘッドと、
前記塗布ヘッドを、基板の表面に対して平行な主走査方向に往復移動させる主走査方向移動機構と、
前記基板保持部を、前記主走査方向と直交し、かつ、基板の表面に対して平行な副走査方向に、前記塗布ヘッドに対して相対的に移動させる副走査方向移動機構と、
貯留部に貯留された塗布液を圧送するためのポンプと、
前記ポンプに接続された分岐管と、
その一端が複数のマスフローコントローラを介して前記分岐管と接続され、前記塗布液貯留部から前記塗布ヘッドにおける各ノズルに対して塗布液を送液するための可撓性を有する複数の塗布液供給管と、
前記各ノズルと各塗布液供給管との間に配設され、そこを通過する塗布液の圧力変動を吸収する複数の圧力変動吸収機構と、を備え、
前記複数の圧力変動吸収機構は、前記塗布ヘッドに配設され、前記複数のノズルと一体となって主走査方向に往復移動することを特徴とする塗布装置。
請求項１に記載の塗布装置において、
前記圧力変動吸収機構は、
前記ノズルと連通する塗布液の送液路と、当該塗布液の送液路に連通した状態で上方に立設され、その上端部が閉止された管状部材とを備えたＴ字型管路より構成される塗布装置。
請求項１に記載の塗布装置において、
前記圧力変動吸収機構は、
一端が前記塗布液供給管と連通しその他端が前記ノズルと連通する塗布液の流路と、
その上部に開口部が形成されるとともに塗布液の貯留部を備えたチャンバーと、
前記開口部に配設された弾性変形可能な薄膜と、
を備える塗布装置。
請求項１に記載の塗布装置において、
前記圧力変動吸収機構は、
前記ノズルと連通するとともに、その内圧により弾性変形する軟質チューブより構成される塗布装置。
請求項１に記載の塗布装置において、
前記圧力変動吸収機構は、
前記ノズルと連通された微小オリフィスを有する管路より構成される塗布装置。
請求項５に記載の塗布装置において、
前記圧力変動吸収機構がラビリンス構造を有する塗布装置。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の塗布装置において、
前記ノズルは、前記副走査方向に関して所定のピッチで複数個配設されており、前記塗布液供給管と前記圧力変動吸収機構は、各ノズルに対応して配設されるとともに、
前記複数の塗布液供給管は、各々、前記塗布液貯留部から塗布液を圧送するポンプとマスフローコントローラを介して連結されている塗布装置。