JP6397750B2 - エレクトロスプレー装置 - Google Patents

Description

この発明は、エレクトロスプレー装置に関し、特に、ノズルから噴霧された溶液材料を、基板に薄膜として堆積させるエレクトロスプレー装置に関する。

従来、ノズルから噴霧された溶液材料を基板に薄膜として堆積させるエレクトロスプレー装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、導電体ノズルと、ノズル印加電圧電源と、溶液材料供給装置とを備えるエレクトロスプレー装置が開示されている。このエレクトロスプレー装置は、溶液材料供給装置から導電体ノズルに溶液材料が供給されるとともに、ノズル印加電圧電源から導電体ノズルに電圧が印加されることにより、溶液材料が帯電するように構成されている。そして、帯電した溶液材料が、導電体ノズルと基板との間の電界により、基板に対して静電噴霧されるように構成されている。

また、導電体ノズルと溶液材料供給装置とは、一般的には、樹脂からなる配管により接続されている。このとき、溶液材料としてコロイド溶液を用いた場合、配管（コロイド）が帯電することに起因して、配管の内壁にコロイドが付着する場合がある。この場合、コロイドの凝集体が発生し、この凝集体が塗布膜に付着することに起因して、塗布膜の品質が低下するという不都合があった。このため、従来では、付着状態に応じて、コロイドが付着した配管を新たな配管に交換することが行われている。これにより、塗布膜の品質の低下を抑制することが可能になる。

また、導電体ノズルと溶液材料供給装置とを接続する配管は、導電体ノズルの移動に伴って、形状が変形する。そして、配管の形状の変化に起因する配管の破損からの保護や、配管をスムーズに移動させるために、従来では、配管は、配管を支持および案内する支持案内部内に収納されている。

特開２０１２−１３５７０４号公報

しかしながら、従来では、コロイドが付着した配管を新たな配管に交換することにより、塗布膜の品質の低下を抑制することが可能である一方、コロイドが付着した配管を新たな配管に交換する場合、配管が支持案内部内に収納されていることに起因して、配管の交換に手間がかかるという問題点があると考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、塗布膜の品質の低下を抑制しながら、配管の交換の手間を省くことが可能なエレクトロスプレー装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるエレクトロスプレー装置は、ノズルから噴霧された溶液材料を、基板に薄膜として堆積させるエレクトロスプレー装置であって、溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧するノズルと、ノズルに溶液材料を送液するための送液駆動部と、ノズルと送液駆動部との間に設けられ、導電性を有する材料からなる接地部と、ノズルと接地部とを接続する第１配管と、ノズルおよび接地部が取り付けられるステージ部と、ステージ部とは別個に設けられ、接地部と送液駆動部とを接続しノズルの移動とともに変形可能な第２配管と、第２配管を内部に収納し、第２配管を支持および案内する、ノズルの移動とともに変形可能な支持案内部とを備える。

この一の局面によるエレクトロスプレー装置では、上記のように、ノズルと送液駆動部との間に設けられる導電性を有する材料からなる接地部を備えることによって、接地部と送液駆動部とを接続する配管（コロイド）が帯電することを抑制することができる。これにより、接地部と送液駆動部とを接続する配管の内壁にコロイドが付着することを抑制することができるので、この配管に付着するコロイドに起因して、塗布膜の品質が低下することを抑制することができる。また、接地部と送液駆動部とを接続する配管にコロイドが付着するのを抑制することができるので、接地部と送液駆動部とを接続する配管を交換する必要がない。すなわち、配管の交換の手間を省くことができる。また、ステージ部にノズルおよび接地部を取り付けるように構成することによって、ノズルと、接地部と、ノズルと接地部とを接続する第１配管とを、互いの相対的な位置を変化させないで、基板上を移動させることができる。これにより、第１配管の形状が変化しないので、第１配管を支持案内部内に収納する必要がなくなり、第１配管の交換が必要な場合でも、第１配管の交換を容易に行うこと（手間を省くこと）ができる。このように、塗布膜の品質の低下を抑制しながら、配管の交換の手間を省くことができる。

また、ノズルと送液駆動部との間に接地部を備えることによって、送液駆動部（たとえば、ガラスシリンジ）に使用される樹脂チップ（溶液材料を送液する部品）の帯電を抑制することができるので、樹脂チップに溶液材料が付着することを抑制することができる。

上記一の局面によるエレクトロスプレー装置において、好ましくは、ステージ部とは別個に設けられ、接地部と送液駆動部とを接続する第２配管をさらに備え、第２配管は、樹脂により構成されている。ここで、接地部と送液駆動部とを接続する第２配管は、ステージ部に取り付けられるノズルの移動に伴って、折り曲げ、屈曲が繰り返し行われる。そこで、接地部と送液駆動部とを接続する第２配管を比較的折り曲げや屈曲に対して頑強である樹脂により構成することによって、折り曲げや屈曲に起因して第２配管が破損することを抑制することができる。

上記一の局面によるエレクトロスプレー装置において、好ましくは、第１配管は、ガラスにより構成されている。このように構成すれば、ガラスにはコロイドが付着しにくいので、第１配管を交換する必要がない。これにより、第１配管の交換の手間をより省くことができる。また、ガラスにより構成されている第１配管は、折り曲げや屈曲に対して破損する（折れる）場合がある。一方、ノズルおよび接地部をステージ部に取り付けることによって、第１配管をノズルおよび接地部とともに互いの相対的な位置を変化させないで移動させることができる。これにより、ガラスにより構成されている第１配管の折り曲げ、屈曲が抑制されるので、第１配管が破損するのを防止することができる。

上記一の局面によるエレクトロスプレー装置において、好ましくは、第１配管は、樹脂により構成されている。ここで、樹脂により構成されている第１配管は、ガラスにより構成されている第１配管よりも、容易に、直径を大きくすることができる。そこで、第１配管を樹脂により構成することによって、容易に、ノズルから噴霧される溶液材料の噴霧量を増加させることができる。

上記一の局面によるエレクトロスプレー装置において、好ましくは、溶液材料は、コロイド溶液を含む。ここで、コロイド溶液に含まれるコロイドは、帯電した配管に付着しやすい。そこで、ノズルと送液駆動部との間に導電性を有する材料からなる接地部を設けることによって、配管（コロイド）の帯電が抑制されるので、容易に、コロイドの付着を抑制することができる。

上記一の局面によるエレクトロスプレー装置において、好ましくは、接地部は、第１配管に接続される継手部を含む。このように構成すれば、配管同士を接続する継手部を、接地部として兼ねることができるので、継手部と接地部とを別個に設ける場合と異なり、エレクトロスプレー装置の構成が複雑になることを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、塗布膜の品質の低下を抑制しながら、配管の交換の手間を省くことができる。

本発明の第１実施形態によるエレクトロスプレー装置の構成を示す全体図である。 本発明の第２実施形態によるエレクトロスプレー装置の構成を示す全体図である。 本発明の第３実施形態によるエレクトロスプレー装置の構成を示す全体図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態によるエレクトロスプレー装置１００の構成について説明する。エレクトロスプレー装置１００は、ノズル１から噴霧された溶液材料を、基板２００に薄膜として堆積させるように構成されている。

図１に示すように、エレクトロスプレー装置１００には、ノズル１が設けられている。ノズル１は、電源２に接続されており、溶液材料に電圧を印加するように構成されている。そして、ノズル１は、溶液材料に電圧を印加した状態で、溶液材料を上方（Ｚ１方向）から下方（Ｚ２方向）に向かって噴霧するように構成されている。

ここで、第１実施形態では、溶液材料は、たとえば、有機半導体（粒子径約１〜１００ｎｍ）が分散したコロイドインクや、顔料（粒子径約数十〜２００ｎｍ）が分散したインクなどからなる。なお、有機半導体が分散したコロイドインク、および、顔料が分散したインクは、本発明の「コロイド溶液」の一例である。

また、エレクトロスプレー装置１００には、アースプレート３が設けられている。アースプレート３は、たとえば金属板から構成されている。アースプレート３は、接地されており、薄膜の形成時に、基板２００に接触して基板２００を接地するように構成されている。なお、アースプレート３は、テーブル２１０上に配置されている。

また、エレクトロスプレー装置１００には、ポンプ部４が設けられている。なお、ポンプ部４は、本発明の「送液駆動部」の一例である。ポンプ部４は、ノズル１に溶液材料を送液するように構成されている。ポンプ部４は、たとえば、ガラスシリンジからなり、溶液材料を送液するためのＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）チップ４ａを有する。また、ポンプ部４は、収容箱５に収容されている。

また、第１実施形態では、エレクトロスプレー装置１００には、ノズル１とポンプ部４との間に、導電性を有する材料（たとえば、金属）からなる継手部６が設けられている。なお、継手部６は、本発明の「接地部」の一例である。継手部６には、アース線７が接続されている。また、アース線７は、収容箱５に接続されている。これにより、継手部６は、アース線７および収容箱５を介して接地されている。なお、継手部６は、図示しない絶縁部材に覆われており、継手部６の外部から絶縁されている。また、継手部６は、後述する支持案内部１２（支持案内部１２ａ）の外部（端部１２１近傍）に配置されている。

また、継手部６とノズル１との間の距離が近すぎると、継手部６が接地されているため、ノズル１に流れる電流が継手部６に流れてしまう。このため、ノズル１と基板２００との間の電位差が小さくなり、溶液材料の塗布（スプレー）ができなくなる。そこで、継手部６とノズル１との間の距離は、ノズル１と基板２００との間に、スプレーのための十分な電位差が確保できるように設定する必要がある。たとえば、継手部６とノズル１との間の距離は、２００ｍｍ以上に設定される。

また、第１実施形態では、エレクトロスプレー装置１００には、ノズル１と継手部６とを接続する配管８が設けられている。なお、配管８は、本発明の「第１配管」の一例である。配管８は、ガラスにより構成されている。また、配管８は、Ｚ方向に沿って延びるように、略直線形状を有する。

ここで、第１実施形態では、エレクトロスプレー装置１００には、ステージ部９が設けられている。そして、ノズル１および継手部６は、ステージ部９に取り付けられている。具体的には、ステージ部９は、Ｘステージ９ａとＹステージ９ｂとを含む。そして、ノズル１は、Ｘステージ９ａに取り付けられている。なお、ステージ部９は、テーブル２１０上に配置されている。

詳細には、継手部６は、Ｘステージ９ａに設けられるブラケット１０に取り付けられている。これにより、継手部６は、ノズル１の上方（Ｚ１方向）に配置されるように構成されている。その結果、略直線形状を有する配管８により、ノズル１と継手部６とを接続することが可能になる。そして、ノズル１、継手部６および配管８は、互いの相対的な位置を変化させない状態で（一体となった状態で）、基板２００上を移動可能に構成されている。すなわち、配管８は、ノズル１が移動した場合でも、形状が変化しない。

また、第１実施形態では、エレクトロスプレー装置１００には、継手部６とポンプ部４とを接続する配管１１が設けられている。なお、配管１１は、本発明の「第２配管」の一例である。配管１１は、ステージ部９とは別個に設けられている。すなわち、配管１１は、配管８とは異なり、ノズル１（Ｘステージ９ａ、Ｙステージ９ｂ）の移動に伴って、折り曲げられたり、屈曲されたりするように構成されている。また、配管１１は、ＰＴＦＥにより構成されている。

また、配管１１およびアース線７は、配管１１およびアース線７を支持および案内する支持案内部１２内に配置されている。支持案内部１２は、支持案内部１２ａと支持案内部１２ｂとを含む。支持案内部１２ａは、Ｕ字形状を有し、Ｘ−Ｚ平面上において２次元的に変形可能に構成されている。具体的には、図１の一点鎖線で示す支持案内部１２ａのように、ノズル１のＸ方向に移動に伴って、支持案内部１２ａは、Ｕ字形状に折れ曲がった部分の曲率を変化させない状態で、変形する。また、支持案内部１２ｂも支持案内部１２ａと同様に、ノズル１のＹ方向に移動に伴って、Ｙ−Ｚ平面上において２次元的に変形する。このように、支持案内部１２の変形により、ノズル１の移動に伴って、配管１１およびアース線７をスムーズに移動させることができる。

次に、第１実施形態の効果について説明する。

第１実施形態では、上記のように、ノズル１とポンプ部４との間に設けられる導電性を有する材料からなる継手部６を備えることによって、継手部６とポンプ部４とを接続する配管１１（コロイド）が帯電することを抑制することができる。これにより、継手部６とポンプ部４とを接続する配管１１の内壁にコロイドが付着することを抑制することができるので、この配管１１に付着するコロイドに起因して、塗布膜の品質が低下することを抑制することができる。また、継手部６とポンプ部４とを接続する配管１１にコロイドが付着することを抑制することができるので、継手部６とポンプ部４とを接続する配管１１を交換する必要がない。すなわち、配管１１の交換の手間を省くことができる。また、ステージ部９にノズル１および継手部６を取り付けるように構成することによって、ノズル１と、継手部６と、ノズル１と継手部６とを接続する配管８とを、互いの相対的な位置を変化させないで、基板２００上を移動させることができる。これにより、配管８の形状が変化しないので、配管８を支持案内部１２内に収納する必要がなくなり、配管８の交換が必要な場合でも、配管８の交換を容易に行うこと（手間を省くこと）ができる。このように、塗布膜の品質の低下を抑制しながら、配管（配管８、配管１１）の交換の手間を省くことができる。

また、ノズル１とポンプ部４との間に継手部６を備えることによって、ポンプ部４（たとえば、ガラスシリンジ）に使用されるＰＴＦＥチップ４ａ（溶液材料を送液する部品）の帯電を抑制することができるので、ＰＴＦＥチップ４ａに溶液材料が付着することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ステージ部９とは別個に設けられ、継手部６とポンプ部４とを接続する配管１１を、ＰＴＦＥにより構成する。ここで、継手部６とポンプ部４とを接続する配管１１は、ステージ部９に取り付けられるノズル１の移動に伴って、折り曲げ、屈曲が繰り返し行われる。そこで、継手部６とポンプ部４とを接続する配管１１を比較的折り曲げや屈曲に対して頑強であるＰＴＦＥにより構成することによって、折り曲げや屈曲に起因して配管１１が破損することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、配管８を、ガラスにより構成する。これにより、ガラスにはコロイドが付着しにくいので、配管８を交換する必要がない。その結果、配管８の交換の手間をより省くことができる。また、ガラスにより構成されている配管８は、折り曲げや屈曲に対して破損する（折れる）場合がある。一方、ノズル１および継手部６をステージ部９に取り付けることによって、配管８をノズル１および継手部６とともに互いの相対的な位置を変化させないで移動させることができる。これにより、ガラスにより構成されている配管８の折り曲げ、屈曲が抑制されるので、配管８が破損するのを防止することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、溶液材料は、コロイド溶液を含む。ここで、コロイド溶液に含まれるコロイドは、帯電した配管１１に付着しやすい。そこで、ノズル１とポンプ部４との間に導電性を有する材料からなる継手部６を設けることによって、配管１１（コロイド）の帯電が抑制されるので、容易に、コロイドの付着を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、配管８に接続される継手部６を接地する。これにより、配管８および配管１１同士を接続する継手部６を、接地部として兼ねることができるので、接地部と継手部６とを別個に設ける場合と異なり、エレクトロスプレー装置１００の構成が複雑になることを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図２を参照して、第２実施形態によるエレクトロスプレー装置１１０の構成について説明する。第２実施形態では、配管８がガラスにより構成されていた上記第１実施形態と異なり、配管２１がＰＴＦＥにより構成されている。なお、配管２１は、本発明の「第１配管」の一例である。

図２に示すように、エレクトロスプレー装置１１０には、ノズル１と継手部６とを接続する配管２１が設けられている。ここで、配管２１は、ＰＴＦＥにより構成されている。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

次に、第２実施形態の効果について説明する。

ここで、ＰＴＦＥにより構成されている配管２１は、コロイドが付着する場合がある。そこで、第２実施形態では、上記のように、ステージ部９にノズル１および継手部６を取り付けるように構成することによって、ノズル１と、継手部６と、ノズル１と継手部６とを接続する配管２１とを、互いの相対的な位置を変化させないで、基板２００上を移動させることができる。これにより、配管２１を、配管２１を支持および案内する支持案内部１２内に収納する必要がなくなるので、コロイドの付着に起因して配管２１を交換する必要がある場合でも、配管２１の交換を容易に行うこと（手間を省くこと）ができる。

また、第２実施形態では、上記のように、配管２１を、ＰＴＦＥにより構成する。ここで、ＰＴＦＥにより構成されている配管２１は、ガラスにより構成されている配管よりも、容易に、直径を大きくすることができる。そこで、配管２１をＰＴＦＥにより構成することによって、容易に、ノズル１から噴霧される溶液材料の噴霧量を増加させることができる。

（第３実施形態）
次に、図３を参照して、第３実施形態によるエレクトロスプレー装置１２０の構成について説明する。第３実施形態では、支持案内部１２が２次元的に変形した上記第１および第２実施形態と異なり、支持案内部３１が３次元的に変形可能に構成されている。

図３に示すように、エレクトロスプレー装置１２０には、配管１１およびアース線７を支持および案内する支持案内部３１が設けられている。支持案内部３１は、ノズル１のＸ方向およびＹ方向の移動に伴って、３次元的に変形可能に構成されている。また、支持案内部３１は、継手部３２の近傍から、ポンプ部４を収容する収容箱５にわたって設けられている。すなわち、配管１１およびアース線７は、略全体にわたって支持案内部３１内に配置されている。なお、継手部３２は、本発明の「接地部」の一例である。

また、継手部３２は、支持案内部３１の外部（端部３１ａ近傍）に設けられている。また、ノズル１と継手部３２とを接続する配管３３は、ＰＴＦＥにより構成されている。なお、配管３３は、本発明の「第１配管」の一例である。また、継手部３２は、Ｘステージ９ａに設けられるブラケット３４に取り付けられている。そして、ノズル１、継手部３２および配管３３は、互いの相対的な位置を変化させない状態で（一体となった状態で）、基板２００上を移動可能に構成されている。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

次に、第３実施形態の効果について説明する。

第３実施形態では、上記のように、３次元的に変形可能に構成されている支持案内部３１を用いることにより、２次元的に変形可能に構成されている支持案内部を用いる場合と異なり、ノズル１の２次元的な移動に対して、１つの支持案内部３１により配管１１およびアース線７を支持および案内することができる。その結果、エレクトロスプレー装置１２０の構成を簡略化することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、本発明の接地部として継手部を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、継手部以外の部材を接地部として用いてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、溶液材料がコロイド溶液（有機半導体が分散したコロイドインク、顔料が分散したインク）からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、コロイド溶液以外の溶液材料を用いてもよい。ここで、配管の内壁に付着しやすい溶液材料を用いる場合、本発明が特に有効である。

また、上記第１〜第３実施形態では、継手部とポンプ部とを接続する配管としてＰＴＦＥにより構成されている配管を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ＰＴＦＥ以外の樹脂製の配管を用いてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の送液駆動部としてシリンジポンプからなるポンプ部を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、シリンジポンプ以外の装置を送液駆動部として用いてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、溶液材料が上方から下方に向かってノズルから噴霧される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、溶液材料が下方から上方に向かってノズルから噴霧されるようにしてもよい。また、溶液材料がノズルから横方向に噴霧されるようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、継手部とポンプ部とを接続する配管が支持案内部に収容されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、継手部とポンプ部とを接続する配管を支持案内部に収容しなくてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、ステージ部が、ノズルをＸ方向とＹ方向とに移動させる（２次元的に移動させる）例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ノズルを３次元的に移動させるステージ部に本発明を適用してもよい。

また、上記第２および第３実施形態では、ノズルと継手部とを接続する配管としてＰＴＦＥにより構成されている配管を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ＰＴＦＥ以外の樹脂製の配管を用いてもよい。

また、上記第３実施形態では、ノズルと継手部とを接続する配管としてＰＴＦＥにより構成されている配管を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ガラスにより構成される配管を用いてもよい。

１ ノズル
４ ポンプ部（送液駆動部）
６、３２ 継手部（接地部）
８、２１、３３ 配管（第１配管）
９ ステージ部
１１ 配管（第２配管）
１００、１１０、１２０ エレクトロスプレー装置
２００ 基板

Claims (6)

1. ノズルから噴霧された溶液材料を、基板に薄膜として堆積させるエレクトロスプレー装置であって、
   前記溶液材料に電圧を印加した状態で噴霧する前記ノズルと、
   前記ノズルに溶液材料を送液するための送液駆動部と、
   前記ノズルと前記送液駆動部との間に設けられ、導電性を有する材料からなる接地部と、
   前記ノズルと前記接地部とを接続する第１配管と、
   前記ノズルおよび前記接地部が取り付けられるステージ部と、
   前記ステージ部とは別個に設けられ、前記接地部と前記送液駆動部とを接続し前記ノズルの移動とともに変形可能な第２配管と、
   前記第２配管を内部に収納し、前記第２配管を支持および案内する、前記ノズルの移動とともに変形可能な支持案内部とを備える、エレクトロスプレー装置。
2. 前記第２配管は、樹脂により構成されている、請求項１に記載のエレクトロスプレー装置。
3. 前記第１配管は、ガラスにより構成されている、請求項１または２に記載のエレクトロスプレー装置。
4. 前記第１配管は、樹脂により構成されている、請求項１または２に記載のエレクトロスプレー装置。
5. 前記溶液材料は、コロイド溶液を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエレクトロスプレー装置。
6. 前記接地部は、前記第１配管に接続される継手部を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエレクトロスプレー装置。

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