KR20030093952A - 제막 장치와 그 액상체 충전 방법 및 디바이스 제조방법과 디바이스 제조 장치 및 디바이스 - Google Patents

Abstract

고점도의 잉크라도, 가열하거나 유로에 기포를 남기는 일이 없이 헤드에 충전한다.

액적을 토출하는 헤드(20)를 구비한 제막 장치의 헤드(20)에 액상체를 충전한다. 액상체의 충전시에 액상체에 진동을 부여하는 진동 부여 공정을 포함한다.

Description

제막 장치와 그 액상체 충전 방법 및 디바이스 제조 방법과 디바이스 제조 장치 및 디바이스{FILM FORMING APPARATUS, FILLING METHOD OF LIQUID-SHAPE BODY THEREOF, DEVICE MANUFACTURING METHOD AND DEVICE MANUFACTURING APPARATUS, AND DEVICE}

본 발명은 제막(製膜) 장치와 그 액상체 충전 방법 및 디바이스 제조 방법과 디바이스 제조 장치 및 디바이스에 관한 것이다.

전자 기기, 예를 들면 컴퓨터나 휴대용의 정보 기기 단말의 발달에 따라서, 액정 표시 디바이스, 특히 컬러 액정 표시 디바이스의 사용이 증가되고 있다. 이러한 종류의 액정 표시 디바이스는 표시 화상을 컬러화하기 위해서 컬러 필터를 사용하고 있다.

컬러 필터에는 기판을 갖고, 이 기판에 대해 R(적), G(녹), B(청)의 잉크를 소정 패턴으로 공급함으로써 형성되는 것이 있다. 이와 같은 기판에 대해 잉크를 공급하는 방식으로는, 예를 들면 잉크젯 방식의 제막 장치가 채용되고 있다.

잉크젯 방식을 채용한 경우, 제막 장치에서는 잉크젯 헤드로부터 소정량의 잉크를 기판에 대해 토출해서 공급하지만, 잉크를 토출하는 수단으로서는 잉크 탱크를 구성하는 벽면에 복수의 노즐 개구를 형성함과 동시에, 각 노즐 개구와 대향하도록 신축 방향을 일치시켜 압전 소자를 배설한 것이 많이 사용되고 있다. 이러한 종류의 압전 소자로서는, 예를 들면 일본 특개소63-295269호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 전극과 압전 재료를 교대로 샌드위치 형상으로 적층한 것이 제공되고 있고, 잉크젯 헤드의 캐비티(잉크 풀(pool)) 내에 채워진 잉크가 압전 소자의 변형에 의해 발생한 압력파에 의해 토출되는 구성으로 되어 있다.

이러한 종류의 잉크젯 헤드에서는, 토출 가능한 잉크 점도에 한계가 있기 때문에, 고점도의 잉크를 토출하는 것은 곤란하다. 그래서, 종래에는 공급구를 사이에 두고 압력실과 연통시키는 잉크 탱크에 히터(발열체)를 설치하는 기술(일본 특개평5-281562호 공보)이나, 잉크젯 헤드 및 잉크 탱크의 쌍방에 히터를 묻는 기술(일본 특개평9-164702호 공보)이 제공되어 있고, 이들 기술을 사용해 고점도의 잉크를 토출 가능한 점도까지 저점도화 함으로써, 종래에서는 제막이 곤란했던 공업 약품을 사용할 수 있게 되어 왔다.

그러나, 상술한 종래기술에는 이하 같은 문제가 존재한다.

가열하면 특성이 변질되는 잉크도 존재하기 때문에, 이와 같은 잉크에 대해서는 상기 같이, 가열에 의해 저점도화시키는 방법을 채택할 수 없고, 토출이 곤란한 상황을 개선할 수 없다.

또, 잉크젯 헤드 내에 잉크를 충전할 때에는, 예를 들면 헤드 외부의 잉크 탱크와 헤드를 접속하고, 헤드의 노즐 부분을 부압 흡인하고 있다.

그러나, 헤드 내부의 잉크 유로는 미세하고, 굴곡부나 유로폭이 변화하는 개소, 요철부 등, 잉크의 유동이 정체되는 부분에 기포가 모이고, 이것을 배출할 수 없는 일이 있다. 이와 같이 헤드 내부에 기포가 남으면, 잉크 토출시의 압력 손실이 커지고, 토출이 불안정하게 될 뿐만이 아니라, 심할 경우에는 잉크를 토출할 수 없 문제가 발생하여 버린다.

본 발명은 이상과 같은 점을 고려해 이루어진 것으로서, 고점도의 잉크이더라도 가열하거나 유로에 기포를 남기는 일이 없이 헤드에 충전할 수 있는 제막 장치와 그 액상체 충전 방법 및 디바이스 제조 방법과 디바이스 제조 장치 및 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 필터 제조 장치를 구성하는 제막 장치의 개략적인 외관 사시도.

도 2는 잉크젯 헤드의 구조를 나타내는 도면으로서, 도 2의 (a)는 헤드 본체의 외관 사시도, 도 2의 (b)는 부분 확대도, 도 2의 (c)는 시간과 인가 전압과의 관계도, 도 2의 (d)∼(f)는 인가된 전압마다 나타난 액체실의 동작도.

도 3의 (a)는 토출 파형을 나타내는 도면, 도 3의 (b)는 미진동 파형을 나타내는 도면.

도 4는 잉크젯 헤드에 관한 구동 제어계 및 잉크 공급계를 나타내는 도면.

도 5는 유체의 속도와 점도와의 관계를 나타내는 도면.

도 6의 (a)∼(f)는 기판을 이용하여 컬러 필터를 제조하는 수순의 일례를 나타내는 도면.

도 7은 기판과 기판상의 컬러 필터 영역의 일부를 나타내는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10제막 장치(잉크젯 장치)

20잉크젯 헤드(액적 토출 헤드, 헤드)

28제어 장치

48기판

92피에조 소자(압전 소자, 진동 부여 장치)

99액적(잉크 방울)

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 채용하고 있다.

본 발명의 제막 장치의 액상체 충전 방법은 액적을 토출하는 헤드를 구비한 제막 장치의 상기 헤드에 액상체를 충전하는 방법으로, 상기 액상체의 충전시에 상기 액상체에 진동을 부여하는 진동 부여 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 충전시에 액상체와 함께 기포가 이동되기 쉬워지고, 액상체가 정체되는 개소 등에 기포가 모이는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 유로에 기포를 남기는 일이 없이 액상체를 헤드에 충전할 수 있고, 액적의 토출이 불안정하게 되거나, 토출 불능 상태에 빠지는 사태를 회피하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는 액상체가 비뉴톤성의 의소성(擬塑性) 유체이더라도 적용할 수 있다. 비뉴톤성의 의소성 유체는 진동을 부여함으로써 속도가 커지고, 그 결과로서 점도가 작아진다. 이 때문에, 고점도의 액상체라도, 가열하는 일이 없이 충전시의 점도를 작게 하여, 유동성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 유로에 기포를 남기는 일이 없이 배출하는 것이 가능하게 되기 때문에, 액적의 토출이 불안정하게 되거나, 토출 불능 상태에 빠지는 사태를 회피하는 것이 가능하게 된다.

압전 소자의 구동에 의해 헤드에 진동을 부여해 액적을 토출시키는 토출 공정을 포함하는 경우에는, 진동 부여 공정에서는 이 압전 소자의 구동에 의해 액상체에 진동을 부여하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 본 발명에서는 충전시에 액상체에 진동을 부여하기 위한 기구를 별도로 설치할 필요가 없어지고, 장치의 소형화 및 저가격화에 기여하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 경우, 진동 부여 공정에서는 헤드로부터 액적을 토출시키지 않는 진동 특성으로 액상체에 진동을 부여하는 것이 바람직하다.

또, 액상체에 기포를 발생시켜 상기 액적을 토출시키는 토출 공정을 포함하는 경우, 진동 부여 공정에서는 기포의 신축에 의해 액상체에 진동을 부여하는 수순도 채용 가능하다. 이 경우도, 충전시에 액상체에 진동을 부여하기 위한 기구를 별도로 설치할 필요가 없어지고, 장치의 소형화 및 저가격화에 기여하는 것이 가능하게 된다.

한편, 본 발명의 디바이스 제조 방법은 헤드에 액상체를 충전하는 충전 공정과, 상기 헤드로부터 액적을 토출시켜 기판 상에 제막하는 제막 공정을 갖는 디바이스 제조 방법으로, 상기의 제막 장치의 액상체 충전 방법을 사용해 상기 충전 공정을 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 액상체 충전시의 기포가 헤드에 남아, 액적의 토출이 불안정하게 되거나, 토출 불능 상태에 빠지는 사태를 회피하는 것이 가능하게 되고, 소망의 토출 특성으로 기판 상에 제막할 수 있다.

그리고, 본 발명의 제막 장치는 액적을 토출하는 헤드를 구비한 제막 장치로서, 상기 액상체를 상기 헤드에 충전할 때에, 상기 액상체에 진동을 부여하는 진동 부여 장치를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 본 발명에서는 충전시에 액상체와 함께 기포가 이동하기 쉬워지고, 액상체가 정체되는 개소 등에 기포가 모여 버리는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 유로에 기포를 남기는 일이 없이 액상체를 헤드에 충전할 수 있고, 액적의 토출이 불안정하게 되거나, 토출 불능 상태에 빠지는 사태를 회피하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명의 제막 장치에서는, 액상체가 비뉴톤성의 의소성 유체라도 적용할 수 있다. 비뉴톤성의 의소성 유체는 진동을 부여함으로써 속도가 커지고, 그 결과로서 점도가 작아진다. 이 때문에, 고점도의 액상체이더라도, 가열하는 일이 없이 충전시의 점도를 작게 하여, 유동성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 유로에 기포를 남기는 일이 없이 배출하는 것이 가능하게 되기 때문에, 액적의 토출이 불안정하게 되거나, 토출 불능 상태에 빠지는 사태를 회피하는 것이 가능하게 된다.

진동 부여 장치로서는 헤드에 진동을 부여해 액적을 토출시키는 압전 소자인 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명에서는 충전시에 액상체에 진동을 부여하기위한 기구를 별도로 설치할 필요가 없어지고, 장치의 소형화 및 저가격화에 기여하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 경우, 헤드로부터 액적을 토출시키지 않는 진동 특성으로 액상체에 진동을 부여하는 것이 바람직하다.

또, 진동 부여 장치로서는 상기 액상체에 기포를 발생시켜 상기 액적을 토출시키는 기포 발생 장치와, 상기 발생한 기포를 신축시키도록 상기 기포 발생 장치의 구동을 제어하는 제어 장치를 갖는 구성도 채용 가능하다.

이 경우도, 충전시에 액상체에 진동을 부여하기 위한 기구를 별도로 설치할 필요가 없어지고, 장치의 소형화 및 저가격화에 기여하는 것이 가능하게 된다.

한편, 본 발명의 디바이스 제조 장치는 헤드로부터 토출된 액적에 의해 기판 상에 제막하는 제막 장치를 구비한 디바이스 제조 장치로서, 상기 제막 장치로서, 상기 제막 장치가 이용되는 것을 특징으로 하고 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 액상체 충전시의 기포가 헤드에 남아, 액적의 토출이 불안정하게 되거나, 토출 불능 상태에 빠지는 사태를 회피하는 것이 가능하게 되고, 소망의 토출 특성으로 기판 상에 제막할 수 있다.

그리고, 본 발명의 디바이스는 상기 디바이스 제조 장치에 의해 제조된 것을 특징으로 하고 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 안정되게 토출된 액적으로 막이 형성된 고품질의 디바이스를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 제막 장치와 그 액상체 충전 방법 및 디바이스 제조 방법과 디바이스 제조 장치 및 디바이스의 실시예를, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

여기서는, 본 발명의 제막 장치를, 예를 들면 액상체로서의 잉크를 사용하여, 액정 디바이스에 대해 사용되는 컬러 필터 등을 제조하기 위한 필터 제조 장치에 적용하는 것으로서 설명한다. 또한, 본 발명에서 사용할 수 있는 액체는 액상체에 포함된다. 즉, 액상체란, 상술한 액체에 부가해서, 예를 들면 금속 등의 미립자를 포함하는 액상체를 말한다.

도 1은 필터 제조 장치(디바이스 제조 장치)를 구성하는 제막 장치(잉크젯 장치)(10)의 개략적인 외관 사시도이다. 이 필터 제조 장치는 거의 동일한 구조를 갖는 3기의 제막 장치(10)를 구비하고 있고, 각 제막 장치(10)는 각각 R(적), G(녹), B(청)의 각 색의 잉크를 필터 기판에 토출하는 구성으로 되어 있다.

제막 장치(10)는 베이스(12), 제 1 이동 수단(14), 제 2 이동 수단(16), 도시하지 않은 전자 저울(중량 측정 수단), 액적 토출 헤드로서의 잉크젯 헤드(헤드)(20), 캡핑 유닛(22), 클리닝 유닛(24) 등을 갖고 있다. 베이스(12)의 위에는 제 1 이동 수단(14), 전자 저울, 캡핑 유닛(22), 클리닝 유닛(24) 및 제 2 이동 수단(16)이 설치되어 있다.

제 1 이동 수단(14)은 바람직하게는 베이스(12)의 위에 직접 설치되어 있고, 또한 이 제 1 이동 수단(14)은 Y축 방향을 따라 위치 결정되고 있다. 이에 대해 제 2 이동 수단(16)은 지주(16A, 16A)를 사용하여, 베이스(12)에 대해 세워서 장착되어 있고, 또한 제 2 이동 수단(16)은 베이스(12)의 후부(12A)에서 장착되어 있다. 제 2 이동 수단(16)의 Ⅹ축 방향은 제 1 이동 수단(14)의 Y축 방향과는 직교하는 방향이다. Y축은 베이스(12)의 앞부분(12B)과 후부(12A) 방향을 따른 축이다. 이에 대해 Ⅹ축은 베이스(12)의 좌우 방향을 따른 축이고, 각각 수평이다.

제 1 이동 수단(14)은 가이드 레일(40, 40)을 갖고 있고, 제 1 이동 수단(14)은 예를 들면, 리니어 모터를 채용할 수 있다. 이 리니어 모터 형식의 제 1 이동 수단(14)의 슬라이더(42)는 가이드 레일(40)을 따라, Y축 방향으로 이동해 위치 결정 가능하다.

슬라이더(42)는 θ축용의 모터(44)를 구비하고 있다. 이 모터(44)는 예를 들면 다이렉트 드라이브 모터이고, 모터(44)의 로터는 테이블(46)에 고정되어 있다. 이에 따라, 모터(44)에 통전함으로써 로터와 테이블(46)은 θ방향을 따라 회전해 테이블(46)을 인덱스(회전 산출)할 수 있다.

테이블(46)은 기판(48)을 위치 결정하고, 또한 유지하는 것이다. 또, 테이블(46)은 흡착 유지 수단(50)을 갖고 있고, 흡착 유지 수단(50)이 작동됨으로써, 테이블(46)의 구멍(46A)을 통과시켜, 기판(48)을 테이블(46)의 위에 흡착해 유지할 수 있다. 테이블(46)에는 잉크젯 헤드(20)가 잉크를 시험 인쇄(예비 토출)하기 위한 예비 토출 에리어(52)가 설치되어 있다.

제 2 이동 수단(16)은 지주(16A, 16A)에 고정된 칼럼(16B)을 갖고 있고, 이 칼럼(16B)은 리니어 모터 형식의 제 2 이동 수단(16)을 갖고 있다. 슬라이더(60)는 가이드 레일(62A)을 따라 Ⅹ축 방향으로 이동하여 위치 결정 가능하고, 슬라이더(60)는 잉크 토출 수단으로서의 잉크젯 헤드(20)를 구비하고 있다.

잉크젯 헤드(20)는 요동위치 결정 수단으로서의 모터(62, 64, 66, 68)를 갖고 있다. 모터(62)를 작동하면, 잉크젯 헤드(20)는 Z축을 따라 상하로 이동해 위치 결정 가능하다. 이 Z축은 Ⅹ축과 Y축에 대하여 각각　직교하는 방향(상하 방향)이다. 모터(64)를 작동하면, 잉크젯 헤드(20)는 Y축 주위의 β방향을 따라 요동해 위치 결정 가능하다. 모터(66)를 작동하면, 잉크젯 헤드(20)는 Ⅹ축 주위의 γ방향으로 요동해 위치 결정 가능하다. 모터(68)를 작동하면, 잉크젯 헤드(20)는 Z축 주위의 α방향으로 요동해 위치 결정 가능하다.

이와 같이, 도 1의 잉크젯 헤드(20)는 슬라이더(60)에서, Z축 방향으로 직선 이동해 위치 결정 가능하고, α, β, γ를 따라 요동해 위치 결정 가능하고, 잉크젯 헤드(20)의 잉크 토출면(20P)은 테이블(46)측의 기판(48)에 대해 정확하게 위치 또는 자세를 컨트롤할 수 있다. 또한, 잉크젯 헤드(20)의 잉크 토출면(20P)에는 각각이 잉크를 토출하는 복수개(예를 들면, 120개)의 개구부로서의 노즐이 설치되어 있다.

여기서, 잉크젯 헤드(20)의 구조예에 대해서, 도 2를 참조해 설명한다. 잉크젯 헤드(20)는 예를 들면, 피에조 소자(압전 소자)를 이용한 헤드이고, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이 헤드 본체(90)의 잉크 토출면(2OP)에는 복수의 노즐(91)이 형성되어 있다. 이들 노즐(91)에 대해 각각 피에조 소자(92)가 설치되어 있다.

도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 피에조 소자(92)는 노즐(91)과 잉크실(93)에 대응해 배치되어 있고, 예를 들면 한쌍의 전극(도시하지 않음) 사이에 위치하고, 통전하면 이것이 외측으로 돌출하도록 하여 휘어 구부러지도록 구성된 것이다. 그리고, 이 피에조 소자(92)에 대해 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이 인가 전압 Vh를 인가함으로써, 도 2의 (d), (f) 및 (e)에 나타낸 바와 같이 하여, 피에조소자(92)를 화살표 Q방향으로 신축시킴으로써, 잉크를 가압해 소정량의 액적(잉크 방울)(99)을 노즐(91)로부터 토출시키게 되어 있다.

이것을 상술하면, 도 3의 (a)의 토출 파형도에 나타낸 바와 같이, 정구배(正勾配)의 파형부(a1)에서 잉크실이 확대되어 용적이 증대되고, 증대한 용적 만큼에 상당하는 잉크가 잉크실 내에 유입된다. 또, 부구배(負勾配)의 파형부(a2)에서 인가 전압 Vh를 인가함으로써 잉크실이 축소되고, 잉크가 가압되어서, 노즐(91)로부터 소정량의 잉크가 토출된다. 또한, 잉크젯 헤드(20)의 잉크젯 방식으로서는 상기 압전 소자(92)를 사용한 피에조 젯 타입 이외의 방식의 것, 예를 들면 열팽창을 이용한 써멀 잉크젯 타입의 것 등이어도 좋다.

도 4에, 잉크젯 헤드(20)에 관한 구동 제어계 및 잉크 공급계를 간이하게 나타낸다.

잉크젯 헤드(20)에 대해서는 잉크 탱크(25)에 저류된 잉크가 잉크 경로(26)를 사이에 두고 공급된다. 또, 잉크젯 헤드(20)에 설치된 피에조 소자(92)에 대해서는 소정량의 잉크를 토출하기 위해서 제어 장치(28)의 제어 하에서 잉크의 종류, 온도에 적절한 구동 전압이 잉크젯 헤드 구동 장치(27)로부터 노즐(91)마다 각각 인가된다. 또, 제어 장치(28)는 구동 장치(27)를 제어함으로써, 도 3의 (a)에 나타낸 토출 파형뿐만 아니라, 도 3의 (b)에 나타낸 미진동 파형도 구동 파형으로서 피에조 소자(92)에 인가시킨다.

이 미진동 파형은 정구배의 파형부(b1)에서 잉크실이 확대되고, 부구배의 파형부(b2)에서 인가 전압 V1을 인가함으로써 잉크실이 축소·가압되지만, 인가 전압Vl은 잉크가 노즐(91)로부터 토출되지 않는 크기로 설정된다. 즉, 이 미진동 파형의 전압을 피에조 소자(92)에 인가함으로써, 노즐면에 대해 메니스커스가 이간·접근을 반복하도록 미진동하는 구성으로 되어 있다. 즉, 여기서는, 압력 발생 수단의 피에조 소자(92)를 진동 발생 수단(진동 부여 장치)으로서 사용하고, 또한 잉크가 노즐(91)로부터 토출되지 않는 진폭(진동 특성)으로 구동하고 있다.

클리닝 유닛(24)은 잉크젯 헤드(20)의 노즐 등의 클리닝을 필터 제조 공정중이나 대기시에 정기적으로 또는 수시로 할 수 있다. 캡핑 유닛(22)은 잉크젯 헤드(20)의 노즐 내의 잉크가 건조되지 않도록 하기 위해서, 필터를 제조하지 않는 대기시에 이 잉크 토출면(20P)을 외기에 접촉시키지 않도록 하는 것이다. 이 클리닝 유닛(24)은 흡착 패드 및 제어 장치(28)의 제어 하에서 이 흡착 패드를 잉크젯 헤드(20)에 대해 맞닿음 위치와 이간 위치의 사이에서 이동시키는 이동 수단을 갖고 있다(도 4 참조). 흡착 패드에는 흡인 펌프 등으로 구성되는 흡인 수단(충전 수단)(29)이 접속되어 있고, 흡착 패드를 통하여 흡인된 잉크는 폐수 탱크로 배출된다.

도 1로 돌아가서, 전자 저울은 잉크젯 헤드(20)의 노즐로부터 토출된 잉크 방울의 1방울의 중량을 측정해 관리하기 위해서, 예를 들면, 잉크젯 헤드(20)의 노즐로부터 5000방울만큼의 잉크 방울을 받는다. 전자 저울은 이 5000방울의 잉크 방울의 중량을 5000으로 나눔으로써, 잉크 방울 1방울의 중량을 거의 정확하게 측정할 수 있다. 이 잉크 방울의 측정량에 의거하여, 잉크젯 헤드(20)로부터 토출되는 잉크 방울의 양을 최적으로 컨트롤할 수 있다.

계속해서, 잉크젯 헤드(20)에 잉크를 충전할 때의 동작에 대해서 설명한다.

먼저, 제막 처리 공정(액적 토출 공정)의 처음에는 잉크젯 헤드(20)에 액체가 도입되어 있지 않다. 따라서, 제막 처리 전에는 흡인 수단(29)에 의해 잉크젯 헤드(20)를 흡인하여 잉크를 도입한다. 구체적으로는, 먼저 제어 장치(28)는 이동 수단을 통하여 클리닝 유닛(24)의 흡인 패드를 잉크젯 헤드(20)에 콘택트시키고, 다음에 흡인 수단(29)을 작동시킨다. 이에 따라, 잉크 탱크(25) 내의 잉크가 흡인되고, 송액 튜브(26)를 거쳐 잉크젯 헤드(20)에 충전된다. 잉크젯 헤드(20)에 충전된 잉크는 흡인 패드에 흡인되고, 흡인 수단(29)을 사이에 두고 폐수 탱크(30)에 배출된다.

여기서, 잉크젯 헤드(20)로의 잉크 충전시, 제어 장치(28)는 구동 장치(27)를 제어하여, 도 3의 (b)에 나타낸 미진동 파형의 구동 전압을 피에조 소자(92)에 인가시킨다. 이에 따라, 노즐(91)로부터 잉크가 토출되지 않는 범위로 잉크젯 헤드(20) 내의 잉크에 진동을 부여할 수 있다. 이에 따라, 잉크 내에 기포가 존재하고 있는 경우에도 잉크와 함께 기포가 진동하기 때문에, 기포가 유로 내의 벽부에 부착하고 있는 경우나, 잉크가 고이는 장소에 기포가 모이고 있는 경우에서도, 기포를 이동시키기 쉬워지고, 잉크와 함께 기포를 잉크젯 헤드(20)로부터 배출할 수 있다.

또, 일반적으로 유체는 점도가 전단 속도(shear rate)에 의존하지 않는 뉴톤성 유체와, 점도가 전단 속도에 의해 변화하는 비뉴톤성 유체로 구분되고, 또한 비뉴톤성 유체는 점도가 변화하는 경향에 의해 다일라탄트(dilatant) 유체와 의소성(擬塑性) 유체(의사 소성 유체)로 구분된다. 도 5에, 각 유체의 전단 속도(변형 속도)와 점도와의 관계를 나타낸다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 뉴톤성 유체는 전단 속도가 커져도 점도는 거의 일정하고, 비뉴톤성 유체 중, 다일라탄트 유체는 전단 속도가 커짐에 따라서 점도도 커지는 성질을 갖고 있다.

한편, 비뉴톤성 유체 중, 의소성 유체는 전단 속도가 커짐에 따라서 점도가 작아지는 성질을 갖고 있다.

이 때문에, 비뉴톤성으로 의소성 유체의 잉크를 이용한 경우, 잉크젯 헤드(20)로의 충전시에 진동을 부여함으로써, 잉크의 전단 속도가 커져 점도를 작게 할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 진동에 의해 기포를 이동시키기 쉬워지는 것과 더불어, 잉크의 점도를 저하시켜서 유동성이 향상되고, 헤드(20) 내에 기포를 남기는 일이 없이 용이하게 배출하는 것이 가능하게 된다.

계속해서, 잉크젯 헤드(20)의 구동에 관하여 설명한다.

상술한 바와 같이, 예를 들면 40℃로 온도 제어된 잉크가 잉크 탱크(25)로부터 송액 튜브(26)를 통하여 잉크젯 헤드(20)에 충전되면, 잉크젯 헤드 구동 장치(27)로부터 도 3의 (a)에 나타내는 토출 파형의 구동 전압이 인가되고, 임의의 노즐(91)에 대응하는 피에조 소자(92)가 임의의 간격, 주기로 구동됨으로써 소정의 노즐(91)로부터 잉크가 토출된다.

계속해서, 제막 처리 공정에 대해서 설명한다.

작업자가 테이블(46)의 전단측으로부터 기판(48)을 제 1 이동 수단(14)의 테이블(46)의 위에 실으면, 이 기판(48)은 테이블(46)에 대해 흡착 유지되어 위치 결정된다. 그리고, 모터(44)가 작동하여, 기판(48)의 단면이 Y축 방향으로 병행이 되도록 설정된다.

다음에, 잉크젯 헤드(20)가 Ⅹ축 방향을 따라 이동하여, 전자 저울의 상부에 위치 결정된다. 그리고, 지정 방울수(지정된 잉크 방울의 수)의 토출을 행한다.

이에 따라, 전자 저울은, 예를 들면 5000방울의 잉크의 중량을 계측하여, 잉크 방울 1방울당의 중량을 계산한다. 그리고, 잉크 방울의 1방울당의 중량이 미리 정해져 있는 적정 범위에 들어 있는가의 여부를 판단하여, 적정 범위 외이면 압전 소자(30)에 대한 인가 전압의 조정 등을 하여, 잉크 방울의 1방울당의 중량을 적정하게 얻는다.

잉크 방울의 1방울당의 중량이 적정한 경우에는, 기판(48)이 제 1 이동 수단(14)으로부터 Y축 방향으로 적당하게 이동하여 위치 결정됨과 동시에, 잉크젯 헤드(20)가 제 2 이동 수단(16)에 의해 Ⅹ축 방향으로 적당히 이동해 위치 결정된다. 그리고, 잉크젯 헤드(20)는 예비 토출 에리어(52)에 대해 전체 노즐로부터 잉크를 예비 토출한 후에, 기판(48)에 대해 Y축 방향으로 상대 이동해(실제로는 기판(48)이 잉크젯 헤드(20)에 대해 Y방향으로 이동함), 기판(48)상의 소정 영역에 대해 소정의 노즐로부터 소정폭으로 잉크를 토출한다. 잉크젯 헤드(20)와 기판(48)과의 1회의 상대 이동이 종료하면, 잉크젯 헤드(20)가 기판(48)에 대해 Ⅹ축 방향으로 소정량 스텝 이동하고, 그 후, 기판(48)이 잉크젯 헤드(20)에 대해 이동하는 동안에 잉크를 토출한다. 그리고, 이 동작을 복수회 반복함으로써, 제막 영역 전체에 잉크를 토출해 제막할 수 있다.

계속해서, 도 6 및 도 7을 참조하여, 제막 처리에 의해 컬러 필터를 제조하는 예에 대해서 설명한다.

도 6의 기판(48)은 투명 기판이고 적당한 기계적 강도와 함께 광투과성이 높은 것을 이용한다. 기판(48)으로서는 예를 들면, 투명 유리 기판, 아크릴 유리, 플라스틱 기판, 플라스틱 필름 및 이들 표면 처리품 등을 적용할 수 있다.

예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이 직사각형의 기판(48) 상에, 생산성을 올리는 관점에서 복수개의 컬러 필터 영역(105)을 매트릭스 형상으로 형성한다. 이들 컬러 필터 영역(105)은 나중에 유리(48)를 절단함으로써, 액정 표시 장치에 적합한 컬러 필터로서 이용할 수 있다.

컬러 필터 영역(105)에는, 예를 들면 도 7에 나타낸 바와 같이, R의 잉크와 G의 잉크 및 B의 잉크를 소정의 패턴으로 형성해 배치하고 있다. 이 형성 패턴으로서는 도면에 나타낸 바와 같이 종래 공지의 스트라이프형 이외에, 모자이크형이나 델타형 혹은 스퀘어형 등이 있다. 특히, 헤드(20)를 기울여서 화소부의 배열 피치에 노즐 간격을 대응시키는 경우, 스트라이프형에서는 일회에 토출할 수 있는 노즐의 수가 많기 때문에 효과적이다.

도 6은 기판(48)에 대해 컬러 필터 영역(105)을 형성하는 공정의 일례를 나타내고 있다.

도 6의 (a)에서는 투명한 기판(48)의 한쪽 면에 대해서, 블랙 매트릭스(110)를 형성한 것이다. 컬러 필터의 기초로 되는 기판(48)의 위에는 광투과성이 없는 수지(바람직하게는 흑색)를, 스핀 코트 등의 방법으로, 소정의 두께(예를 들면, 2㎛ 정도)로 도포하여, 포토리소그래피법 등의 방법으로 매트릭스 형상으로 블랙 매트릭스(110)를 설치한다. 블랙 매트릭스(110)의 격자로 둘러싸이는 최소의 표시 요소가 필터 요소가 되고, 예를 들면 Ⅹ축 방향의 폭 30㎛, Y축 방향의 길이 100㎛ 정도의 크기의 창이다.

블랙 매트릭스(110)를 형성한 후에는, 예를 들면, 히터에 의해 열을 가함으로써, 기판(48) 위의 수지를 소성한다.

도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 잉크 방울(99)은 필터 요소(112)에 공급된다. 잉크 방울(99)의 양은 가열 공정에서의 잉크의 체적 감소를 고려한 충분한 양이다.

도 6의 (c)의 가열 공정에서는, 컬러 필터상의 모든 필터 요소(112)에 대해 잉크 방울(99)이 충전되면, 히터를 이용해 가열 처리를 한다.

기판(48)은 소정의 온도(예를 들면, 70℃정도)로 가열한다. 잉크의 용매가 증발되면, 잉크의 체적이 감소된다. 체적 감소가 격렬한 경우에는, 컬러 필터로서 충분한 잉크막의 두께가 얻어질 때까지, 잉크 토출 공정과, 가열 공정을 반복한다. 이 처리에 의해서, 잉크의 용매가 증발되어, 최종적으로 잉크의 고형분만이 잔류해 막화한다.

도 6의 (d)의 보호막 형성 공정에서는, 잉크 방울(99)을 완전하게 건조시키기 위해서, 소정의 온도로 소정 시간 가열을 한다. 건조가 종료하면, 잉크막이 형성된 컬러 필터 기판(48)의 보호 및 필터 표면의 평탄화를 위해서, 보호막(120)을 형성한다. 이 보호막(120)의 형성에는, 예를 들면, 스핀코트법, 롤코트법, 러빙법등의 방법을 채용할 수 있다.

도 6의 (e)의 투명 전극 형성 공정에서는, 스퍼터법이나 진공 증착법 등의 처방을 이용하여, 투명 전극(130)을 보호막(120)의 전면에 걸쳐 형성한다.

도 6의 (f)의 패터닝 공정에서는, 투명 전극(130)은 또한 필터 요소(112)의 개구부에 대응시킨 화소 전극에 패터닝된다.

또한, 액정의 구동에 TFT(Thin Film Transistor) 등을 이용하는 경우에서는 이 패터닝은 불필요하다. 또, 상기 제막 처리 중에는 정기적 또는 수시 클리닝 유닛(24)을 사용해 잉크젯 헤드(20)의 잉크 토출면(20P)을 와이핑하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 실시예에서는, 잉크 충전시에 상기 잉크에 진동을 부여하는 공정을 설치함으로써, 고점도의 잉크라도 기포를 이동시켜 헤드 내부에 기포를 남기는 일이 없이 잉크를 충전하는 것이 가능하게 된다. 특히, 의소성 유체의 잉크인 경우는, 단순히 기포를 이동시키는 것만이 아니라, 잉크를 가열하는 일이 없이 잉크의 점도를 작게 함으로써, 헤드로부터 기포를 용이하게 배출할 수 있게 되어 있다. 이 때문에, 고점도의 잉크나 가열할 수 없는 잉크라도, 헤드로부터 안정되게 토출하는 것이 가능하게 되고, 소망의 토출 특성으로 기판 상에 제막하는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 잉크젯 헤드(20)로부터 토출된 잉크로 제조된 디바이스는 소망의 형상, 크기로 제막되고, 품질을 유지할 수 있다.

또, 실시예에서는, 잉크젯 헤드(20)로부터 잉크를 토출할 때에 구동되는 피에조 소자(92)를, 잉크 충전시의 진동 부여 장치로서 겸용하고 있으므로, 별도의진동 부여 장치를 설치할 필요가 없어지고, 장치의 소형화 및 저가격화에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 특허청구범위를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경을 할 수 있다.

예를 들면, 상기 실시예에서는, 피에조 소자의 구동에 의해 헤드로부터 잉크를 토출시키는 구성으로 했지만, 헤드 내에 히터(기포 발생 장치)를 설치하고, 제어 장치의 제어 하에서 히터의 가열에 의해 발생한 기포에 잉크를 토출하는 구성이라도 적용 가능하다. 이 경우, 잉크 충전 시에는 잉크가 토출되지 않는 범위에서 히터의 구동·정지를 연속적으로 실시하고, 기포를 신축시켜서 잉크에 진동을 부여하는 것이 가능하게 되고, 상기 피에조 소자를 이용한 경우와 마찬가지의 작용·효과를 얻을 수 있다.

또, 상기 실시예에서는, 제막 장치를 필터 제조 장치에 적용하는 구성으로 했지만, 이것에 한정되지는 않고, 예를 들면 용지 등에 인자·제막하는 프린터(플로터)에도 적용 가능하다.

또한, 본 발명의 디바이스 제조 장치는, 예를 들면 액정 표시 디바이스용의 컬러 필터의 제조에 한정되지는 않고, 예를 들면, EL(전계 발광) 표시 디바이스에 응용이 가능하다. EL 표시 디바이스는 형광성의 무기 및 유기 화합물을 함유하는 박막을, 음극과 양극 사이에 둔 구성을 갖고, 상기 박막에 전자 및 정공(홀)을 주입하여 재결합시킴으로써, 여기자(엑시톤)를 생성시키고, 이 엑시톤이 활성을 잃을 때의 광의 방출(형광·인광)을 이용해 발광시키는 소자다. 이러한 EL 표시 소자에이용되는 형광성 재료 중, 적, 녹 및 청색의 각 발광색을 띄는 재료, 즉 발광층 형성 재료 및 정공 주입/전자 수송층을 형성하는 재료를 잉크로 하고, 각각을 본 발명의 디바이스 제조 장치를 이용하여, TFT나 TFD 등의 소자 기판 상에 패터닝함으로써, 자발광 풀 컬러 EL디바이스를 제조할 수 있다.

본 발명에서의 디바이스의 범위에는 이와 같은 EL 디바이스를 포함하는 것이 있다.

이 경우, 예를 들면, 상기 컬러 필터의 블랙 매트릭스와 마찬가지로 수지 레지스트를 이용해서 1픽셀마다 구획하는 격벽을 형성함과 동시에, 하층이 되는 층의 표면에 토출된 액적이 부착되기 쉽도록, 또한 격벽이 토출된 액적이 바로 인접하는 구획의 액적과 서로 섞이는 것을 방지하기 위해서, 액적의 토출 이전 공정으로서, 기판에 대해서 플라즈마, UV처리, 커플링 등의 표면 처리를 행한다. 그 후에, 정공 주입/전자 수송층을 형성하는 재료를 액적으로서 공급하고 제막하는 제 1 제막 공정과, 마찬가지로 발광층을 형성하는 제 2 제막 공정을 거쳐 제조된다.

이렇게 해서 제조되는 EL 디바이스는 세그먼트 표시나 전면 동시 발광의 정지화 표시, 예를 들면 그림, 문자, 라벨 등의 미가공 정보(raw information) 분야로의 응용, 또는 점·선·면 형상을 가진 광원으로도 이용할 수 있다. 또한, 패시브 구동의 표시 소자를 비롯하여, TFT 등의 액티브 소자를 구동에 이용함으로써, 고휘도로서 응답성이 뛰어난 풀 컬러 표시 디바이스를 얻는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 제막 장치에 금속 재료나 절연 재료를 제공하면, 금속 배선이나 절연막 등의 다이렉트한 미세 패터닝이 가능해지고, 신규의 고기능 디바이스의제작에도 응용할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 편의상 "잉크젯 장치" 및 "잉크젯 헤드"로 호칭하고, 토출되는 토출물을 "잉크"로서 설명했지만, 이 잉크젯 헤드로부터 토출되는 토출물은 소위 잉크에 한정되지 않고, 헤드로부터 액적으로서 토출 가능하게 조정된 것이면 좋고, 예를 들면, 전술한 EL 디바이스의 재료, 금속 재료, 절연 재료, 또는 반도체 재료 등 다양한 재료가 포함되는 것은 말할 필요도 없다.

또, 도시한 제막 장치의 잉크젯 헤드(20)는 R(적). G(녹). B(청) 중의 1개의 종류의 잉크를 토출할 수 있게 되어 있지만, 이 중의 2종류 혹은 3종류의 잉크를 동시에 토출하는 것도 물론 할 수 있다. 또, 제막 장치(10)의 제 1 이동 수단(14)과 제 2 이동 수단(16)은 리니어 모터를 이용하고 있지만 이것에 한정하지 않고, 다른 종류의 모터나 액츄에이터를 이용할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 고점도의 액상체이더라도 가열하거나, 유로에 기포를 남기는 일이 없이 헤드에 용이하게 충전할 수 있고, 안정된 액적 토출이 가능하게 되기 때문에, 소망하는 토출 특성으로 제막할 수 있음과 동시에, 장치의 소형화 및 저가격화에 기여할 수 있다. 또, 본 발명에서는 토출의 불안정에 기인하는 품질 불량이 발생하지 않고, 고품질의 디바이스를 얻을 수 있다.

Claims (13)

1. 액적(液適)을 토출하는 헤드를 구비한 제막(製膜) 장치의 상기 헤드에 액상체를 충전하는 방법으로서,

   상기 액상체의 충전시에 그 액상체에 진동을 부여하는 진동 부여 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제막 장치의 액상체 충전 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 액상체가 비뉴톤성의 의소성(擬塑性) 유체인 것을 특징으로 하는 제막 장치의 액상체 충전 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   압전 소자의 구동에 의해 상기 헤드에 진동을 부여하여 상기 액적을 토출시키는 토출 공정을 포함하고,

   상기 진동 부여 공정에서는 상기 압전 소자의 구동에 의해 상기 액상체에 진동을 부여하는 것을 특징으로 하는 제막 장치의 액상체 충전 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 진동 부여 공정에서는 상기 헤드로부터 상기 액적을 토출시키지 않는 진동 특성으로 상기 진동을 부여하는 것을 특징으로 하는 제막 장치의 액상체 충전방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 액상체에 기포를 발생시켜 상기 액적을 토출시키는 토출 공정을 포함하고,

   상기 진동 부여 공정에서는 상기 기포의 신축에 의해 상기 액상체에 진동을 부여하는 것을 특징으로 하는 제막 장치의 액상체 충전 방법.
6. 헤드에 액상체를 충전하는 충전 공정과, 상기 헤드로부터 액적을 토출시켜 기판 상에 제막하는 제막 공정을 갖는 디바이스 제조 방법으로서,

   청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 제막 장치의 액상체 충전 방법을 이용하여 상기 충전 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
7. 액적을 토출하는 헤드를 구비한 제막 장치로서,

   상기 액상체를 상기 헤드에 충전할 때에, 상기 액상체에 진동을 부여하는 진동 부여 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 제막 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 액상체가 비뉴톤성의 의소성 유체인 것을 특징으로 하는 제막 장치.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

   상기 진동 부여 장치는 상기 헤드에 진동을 부여하여 상기 액적을 토출시키는 압전 소자인 것을 특징으로 하는 제막 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 헤드로부터 상기 액적을 토출시키지 않는 진동 특성으로 상기 액상체에 진동을 부여하도록 상기 압전 소자의 구동을 제어하는 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 제막 장치.
11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

    상기 진동 부여 장치는, 상기 액상체에 기포를 발생시켜 상기 액적을 토출시키는 기포 발생 장치와,

    상기 발생한 기포를 신축시키도록 상기 기포 발생 장치의 구동을 제어하는 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 제막 장치.
12. 헤드로부터 토출된 액적에 의해 기판 상에 제막하는 제막 장치를 구비한 디바이스 제조 장치로서,

    상기 제막 장치로서, 청구항 7 또는 청구항 8에 기재된 제막 장치가 이용되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 장치.
13. 청구항 12에 기재된 디바이스 제조 장치에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 디바이스.