(57)【要約】【課題】  塗布ヘッドを交換することなく、塗布ヘッドの各ノズルから吐出される液滴の滴下量を安定的に調整すること。【解決手段】  液滴の塗布装置１０において、圧電素子２９を複数回繰り返し駆動し、各１回の圧電素子２９の駆動によりノズル２８から吐出させた溶液の各１滴の液滴Ｅiを当該ノズル２８の前面の空間で互いに合体させて成長させ、成長させた液滴Ｅを滴下させる制御手段５０を有するもの。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布ヘッドに複数のノズルを設け、各ノズルに対向する圧電素子を設け、圧電素子に電圧を印加して該圧電素子を駆動することによりノズルから溶液を吐出させ、ノズルから吐出させた溶液を滴下させて基板に塗布する塗布装置において、
圧電素子を複数回繰り返し駆動し、各１回の圧電素子の駆動によりノズルから吐出させた溶液の各１滴の液滴を当該ノズルの前面の空間で互いに合体させて成長させ、成長させた液滴を滴下させる制御手段を有することを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記制御手段が、
ノズルから各１滴の液滴を吐出させながら当該ノズルの前面の空間に停滞させ得る第１の電圧と、当該ノズルの前面の空間に停滞せしめられた各１滴の液滴が互いに合体して成長した液滴を滴下させ得る、第１の電圧よりも大きな第２の電圧とを、圧電素子に印加可能にする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記制御手段が、
圧電素子の繰り返し駆動回数により液滴の滴下量を調整可能にする請求項１又は２に記載の塗布装置。
【請求項４】
塗布ヘッドに複数のノズルを設け、各ノズルに対向する圧電素子を設け、圧電素子に電圧を印加して該圧電素子を駆動することによりノズルから溶液を吐出させ、ノズルから吐出させた溶液を滴下させて基板に塗布する塗布方法において、
圧電素子を複数回繰り返し駆動し、各１回の圧電素子の駆動によりノズルから吐出させた溶液の各１滴の液滴を当該ノズルの前面の空間で互いに合体させて成長させ、成長させた液滴を滴下させることを特徴とする塗布方法。
【請求項５】
ノズルから各１滴の液滴を吐出させながら当該ノズルの前面の空間に停滞させ得る第１の電圧と、当該ノズルの前面の空間に停滞せしめられた各１滴の液滴が互いに合体して成長した液滴を滴下させ得る、第１の電圧よりも大きな第２の電圧とを、圧電素子に印加する請求項４に記載の塗布方法。
【請求項６】
圧電素子の繰り返し駆動回数により液滴の滴下量を調整する請求項４又は５に記載の塗布方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は塗布ヘッドに設けた複数のノズルから溶液を吐出させて滴下する液滴の塗布装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式の塗布ヘッドを備えた液滴の塗布装置では、特許文献１に記載の如く、塗布ヘッドに複数のノズルを設け、各ノズルに対向する圧電素子を設け、圧電素子にパルス電圧を印加して該圧電素子を駆動することによりノズルから溶液を吐出させ、ノズルから吐出させた溶液を滴下させて基板に塗布する。
【０００３】
尚、例えば液晶表示パネルのカラーフィルタ用基板では、基板の表面にブラックマトリックスＢＭとしての格子状パターンをなす凸部を設けている。そして、塗布ヘッドのノズルから吐出される着色用の液滴（インク）（Ｒ：赤色、Ｇ：緑色、Ｂ：青色のいずれか）を、凸部により区画される凹部に所定量を塗布する。凹部に塗布された液滴は乾燥して凹部内に着色層を形成する。
【０００４】
このとき、塗布ヘッドは複数のノズルを直線状に配列している。塗布ヘッドのノズルから吐出される液滴を基板の凹部に塗布するに際しては、塗布ヘッドをＸ軸方向（相直交するＸＹの２方向のうちの１つの方向）に対して傾け、塗布ヘッドの相隣るノズルのＸ軸方向ピッチを、基板移動テーブル上に載置した基板の凹部のＸ軸方向ピッチ（Ｘ軸方向において同一色を着色すべき凹部のピッチ）に合せる。そして、基板と塗布ヘッドをＹ軸方向へ相対移動させながら、塗布ヘッドの複数のノズルのそれぞれから吐出される液滴を基板の表面で同一色を着色すべき凹部のそれぞれに塗布する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2005-95712号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液滴の塗布装置において、塗布ヘッドの各ノズルから吐出される液滴の滴下量は、ノズルの孔径と孔長により概ね決まり、当該ノズルに対向する圧電素子の印加電圧による調整巾にも限界がある。
【０００７】
そこで、塗布ヘッドを交換することなく、前述したカラーフィルタ用基板の１つの凹部に塗布すべき液滴の滴下量を調整するには、塗布ヘッドを当該１つの凹部に対してＹ軸方向へ相対移動させながら、当該１つの凹部に対応するノズルから滴下される液滴の液滴数を調整することとされる。
【０００８】
しかしながら、従来技術では、塗布ヘッドのノズルから吐出させた溶液をそのまま直ちに滴下させており、各１滴の液滴の滴下方向を必ずしもノズルの中心軸方向に安定制御できない。これは例えば、液滴が吐出される際にノズルの吐出口付近に付着する溶液に、その後に吐出される液滴が引き寄せられることによるもので、ノズルの吐出口付近に付着する溶液の状態が時々刻々と変化するため、液滴の滴下方向も不安定になるのである。このため、１つの凹部内に滴下された複数個の液滴のＹ軸方向の位置が必ずしも等間隔にならずに乱れる。従って、各凹部に塗布された溶液の膜厚がＹ軸方向で均等にならず、カラーフィルタの色むらを生ずるおそれがある。
【０００９】
本発明の課題は、塗布ヘッドを交換することなく、塗布ヘッドの各ノズルから吐出される液滴の滴下量を安定的に調整することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、塗布ヘッドに複数のノズルを設け、各ノズルに対向する圧電素子を設け、圧電素子に電圧を印加して該圧電素子を駆動することによりノズルから溶液を吐出させ、ノズルから吐出させた溶液を滴下させて基板に塗布する塗布装置において、圧電素子を複数回繰り返し駆動し、各１回の圧電素子の駆動によりノズルから吐出させた溶液の各１滴の液滴を当該ノズルの前面の空間で互いに合体させて成長させ、成長させた液滴を滴下させる制御手段を有するようにしたものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記制御手段が、ノズルから各１滴の液滴を吐出させながら当該ノズルの前面の空間に停滞させ得る第１の電圧と、当該ノズルの前面の空間に停滞せしめられた各１滴の液滴が互いに合体して成長した液滴を滴下させ得る、第１の電圧よりも大きな第２の電圧とを、圧電素子に印加可能にするようにしたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記制御手段が、圧電素子の繰り返し駆動回数により液滴の滴下量を調整可能にするようにしたものである。
【００１３】
請求項４の発明は、塗布ヘッドに複数のノズルを設け、各ノズルに対向する圧電素子を設け、圧電素子に電圧を印加して該圧電素子を駆動することによりノズルから溶液を吐出させ、ノズルから吐出させた溶液を滴下させて基板に塗布する塗布方法において、圧電素子を複数回繰り返し駆動し、各１回の圧電素子の駆動によりノズルから吐出させた溶液の各１滴の液滴を当該ノズルの前面の空間で互いに合体させて成長させ、成長させた液滴を滴下させるようにしたものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において更に、ノズルから各１滴の液滴を吐出させながら当該ノズルの前面の空間に停滞させ得る第１の電圧と、当該ノズルの前面の空間に停滞せしめられた各１滴の液滴が互いに合体して成長した液滴を滴下させ得る、第１の電圧よりも大きな第２の電圧とを、圧電素子に印加するようにしたものである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項４又は５の発明において更に、圧電素子の繰り返し駆動回数により液滴の滴下量を調整するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、塗布ヘッドを交換することなく、塗布ヘッドの各ノズルから吐出される液滴の滴下量を安定的に調整することが可能となり、塗布液の塗布精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は液滴塗布装置を示す模式図である。
【図２】図２は塗布ヘッドを示す断面図である。
【図３】図３は基板を示す模式図である。
【図４】図４は塗布ヘッドと基板の凹部を示す模式図である。
【図５】図５は圧電素子の駆動パルス電圧を示す模式図である。
【図６】図６は圧電素子の駆動回数と液滴の滴下量の関係を示す線図である。
【図７】図７は液滴の成長／滴下状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１８】
液滴塗布装置１０は、図１に示す如く、塗布対象物である基板Ｋが水平状態（図１中、Ｘ軸方向とそれに直交するＹ軸方向に沿う状態）で載置される基板移動テーブル１１と、その基板移動テーブル１１を保持してＹ軸方向に移動させるＹ軸移動部１２と、そのＹ軸移動部１２を介して基板移動テーブル１１をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動部１３と、それらの移動部１２、１３を駆動するテーブル駆動装置１４とを備える。また、液滴塗布装置１０は、基板移動テーブル１１上の基板Ｋに向けてインク等の塗布液を液滴として吐出する複数の塗布ヘッド２０と、それらのテーブル駆動装置１４、各塗布ヘッド２０等を制御する制御装置５０を備えている。液滴塗布装置１０は、基板移動テーブル１１の上方に、ヘッド位置制御モジュール１５を設置し、このモジュール１５内に塗布ヘッド２０を設けている。
【００１９】
基板移動テーブル１１は、Ｙ軸移動部１２上に積層され、Ｙ軸方向に移動可能に設けられている。この基板移動テーブル１１はＹ軸移動部１２によりＹ軸方向に移動する。尚、基板移動テーブル１１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良い。
【００２０】
Ｙ軸移動部１２は、基板移動テーブル１１をＹ軸方向に案内して移動させる機構である。Ｘ軸移動部１３は、Ｙ軸移動部１２をＸ軸方向に案内して移動させる機構である。これらの移動部１２、１３はテーブル駆動装置１４により駆動され、テーブル駆動装置１４は制御装置５０により制御される。尚、移動部１２、１３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。
【００２１】
塗布ヘッド２０は、図２に示す如く、ヘッド本体２１を有している。ヘッド本体２１は筒状に形成され、その下面開口は可撓板２２によって閉塞されている。この可撓板２２はノズルプレート２３によって覆われており、このノズルプレート２３と上記可撓板２２との間には複数の液室２４が形成されている。各液室２４は、ノズルプレート２３内に形成された主管路２３Ａに枝管路２３Ｂを介してそれぞれ連通していて、上記主管路２３Ａから枝管路２３Ｂを介して溶液が各液室２４に供給される。主管路２３Ａは、一端が給液孔２５に接続され、他端が回収孔２６に接続される。給液孔２５には、給液管２５Ａを介して溶液を供給する溶液供給容器２７が接続されていて、この溶液供給容器２７から溶液が供給される。それによって、上記液室２４内は溶液で満たされる。
【００２２】
塗布ヘッド２０のノズルプレート２３には、基板Ｋの搬送方向に直交する方向である、Ｘ軸方向に沿って例えば直線１列をなす複数のノズル２８が穿設されている。各ノズル２８は各液室２４に連通している。例えば、ノズル２８の数は数十個から数百個程度であり、ノズル２８の孔径は数μmから数十μm程度であり、更に、ノズル２８のピッチは数十μmから数百μm程度である。
【００２３】
塗布ヘッド２０は制御装置５０に電気的に接続されており、その駆動が制御装置５０により制御される。塗布ヘッド２０は、上記可撓板２２の上面に上記各ノズル２８にそれぞれ対向する駆動手段としての複数の圧電素子２９を設けている。各圧電素子２９は制御装置５０により制御されるように上記ヘッド本体２１内に設けられた駆動部３０によってパルス電圧を印加される。それによって、圧電素子２９は伸縮し、可撓板２２を部分的に変形させるから、これによって吐出圧力が発生し、その圧電素子２９に対向位置するノズル２８から溶液がドット状に吐出され、ノズル２８から吐出させた溶液を滴下させて基板Ｋに塗布する。
【００２４】
更に、塗布ヘッド２０は、回転機構（図示せず）によりθ方向（図１中、ＸＹ平面に沿う回転方向）に回転可能に支持されている。この塗布ヘッド２０は、回転機構により、相対移動する基板Ｋの相対移動方向に対して所定の傾斜角度だけ傾けられ、その状態で塗布を行なう。尚、Ｙ軸方向に相対移動する基板Ｋに対して塗布を行なう場合には、塗布ヘッド２０の傾斜角度を変更することによって、塗布ヘッド２０の相隣るノズル２８から吐出される液滴のＸ軸方向の塗布ピッチを調整することができる。また、液滴の吐出周波数（吐出タイミング）を変更することによって、Ｙ軸方向の塗布ピッチを調整することができる。
【００２５】
制御装置５０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。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２０の傾斜角度、塗布ヘッド２０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。
【００２６】
ここで、本実施例の液滴塗布装置１０は、液晶表示パネルのカラーフィルタ用基板Ｋを塗布対象とする。基板Ｋは、図３に示す如く、基板Ｋの表面にブラックマトリックスＢＭとしての格子状のパターンをなす凸部１を設けている。１枚の基板Ｋには、液晶表示パネル複数個（図１の例では３つ）分のブラックマトリックスＢＭ、即ち格子状パターンの凸部１が設けられる。そして、液滴塗布装置１０の塗布ヘッド２０のノズル２８から吐出される着色用の液滴（Ｒ：赤色、Ｇ：緑色、Ｂ：青色のいずれかのインク）を、図４に示す如く、凸部１により区画される凹部２に所定量塗布する。凹部２に塗布された液滴は乾燥して凹部２内に着色層を形成する。図３の基板Ｋの格子状パターンの凸部１は横に15列、縦に6行の凹部２を設けているが、実際の基板Ｋの格子ＢＭは横に1000列以上、縦に1000行以上の凹部２を設けている。
【００２７】
液滴塗布装置１０が備える各塗布ヘッド２０の各ノズル２８から吐出される液滴を基板Ｋの各凹部２に塗布するに際しては、塗布ヘッド２０を前述の回転機構によりＸ軸方向に対して傾け、塗布ヘッド２０の相隣るノズル２８のＸ軸方向ピッチを、基板移動テーブル１１上に載置した基板Ｋの凹部２のうち、同一色を着色すべき凹部２のＸ軸方向ピッチ（図３の例では２つ置き）に合せる。そして、基板移動テーブル１１のＹ軸移動部１２をテーブル駆動装置１４により駆動し、基板移動テーブル１１上の基板Ｋを塗布ヘッド２０の下方で塗布ヘッド２０に対してＹ方向へ相対移動させながら、塗布ヘッド２０の各ノズル２８のそれぞれから吐出される液滴を基板Ｋの同一色を着色すべき凹部２のそれぞれに塗布する。例えば、塗布ヘッド２０の各ノズル２８から赤色Ｒのインクを吐出する場合、赤色を着色する凹部２それぞれに対してインクを塗布する。
【００２８】
しかるに、液滴塗布装置１０は、塗布ヘッド２０を交換することなく、塗布ヘッド２０の各ノズル２８から吐出される液滴の滴下量を安定的に調整するため、以下の構成を具備する。
【００２９】
制御装置５０は、塗布ヘッド２０の各ノズル２８から吐出される液滴を基板Ｋの１つの凹部２に塗布するに際し、駆動部３０を制御し、各ノズル２８の圧電素子２９を複数回繰り返し駆動し、各１回の圧電素子２９の駆動によりノズル２８から吐出させた溶液の各１滴の液滴Ｅiを当該ノズル２８の前面の空間で、後述する(1)、(2)の如くに互いに合体させて成長させ、成長させた液滴Ｅを滴下させる。
【００３０】
ノズル２８の前面の空間で各１滴の液滴Ｅiが互いに合体する成長の程度により、塗布ヘッド２０を交換することなく、滴下量を調整できる。
【００３１】
ノズル２８から吐出させた溶液がそのまま直ちに滴下せずに、ノズル２８の前面の空間に一時的に停滞して成長した後に初めて滴下する。この停滞によって、個々の液滴Ｅiの運動エネルギが消失するので、その後に滴下される成長した液滴Ｅの滴下方向をノズル２８の中心軸方向に安定制御できる。
【００３２】
従って、図４に示す如く、カラーフィルタ用基板Ｋの１つの凹部２のＹ軸方向の中央位置に成長した液滴Ｅの単一体を滴下でき、各個の液滴の着弾位置ずれの影響に起因する膜厚むらが生じることなく各凹部２に塗布される溶液の膜厚をＹ軸方向で均等にし、カラーフィルタの色むらの発生が防止できる結果、塗布精度を向上させることが可能となる。
【００３３】
制御装置５０は、具体的には、各ノズル２８の圧電素子２９を以下の如くに駆動する。
(1)ノズル２８から各１滴の液滴Ｅiを吐出させながら、当該ノズル２８の前面の空間に停滞させ得る第１の電圧Ｖ１を、図５に示す如く、圧電素子２９にＮ回繰り返し（図５では9回）印加する。
【００３４】
第１の電圧Ｖ１を印加された圧電素子２９は、これによって駆動される当該圧電素子２９の伸縮により溶液に付与する吐出圧力によってノズル２８から吐出される液滴の運動エネルギと、位置エネルギの合計が、ノズル２８から吐出された液滴とノズル２８内の溶液及び両者間をつなぐテール部分に生ずる表面張力に起因する引力とつり合うように、駆動される。これにより、ノズル２８から吐出される各１滴の液滴はそのまま滴下せずに、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す如く、ノズル２８の前面の空間に停滞して互いに合体し、成長するものになる。
【００３５】
(2)上述(1)の後、当該ノズル２８の前面の空間に停滞せしめられた各１滴の液滴Ｅiが互いに合体して成長した液滴Ｅを滴下させ得る、第１の電圧Ｖ１よりも大きな第２の電圧Ｖ２を、図５に示す如く、圧電素子２９に印加する。尚、Ｖ１とＶ２の大きさは、予め実験により定められる。
【００３６】
第２の電圧Ｖ２を印加された圧電素子２９は、これによって駆動される当該圧電素子２９の大きな伸縮により大きな吐出圧力を溶液に付与し、この溶液の大きな運動エネルギにより、図７（Ｄ）に示す如く、ノズル２８の前面の空間に成長している液滴を滴下させる。
【００３７】
従って、制御装置５０は、図６に示す如く、各ノズル２８の圧電素子２９の繰り返し駆動回数ｎx（上述(1)のＶ１によるＮ回と、上述(2)のＶ２による１回の全Ｎ＋１回）により、基板Ｋの１つの凹部２に塗布する液滴Ｅの滴下量ｑを調整できる。
【００３８】
即ち、圧電素子２９に第１の電圧Ｖ１を付与することの繰り返しの度に、ノズル２８から吐出される各１滴の液滴Ｅiを互いに合体させて成長させる。圧電素子２９の繰り返し駆動回数ｎxにより、この成長の程度が調整され、これによって成長せしめられた液滴Ｅの滴下量ｑが調整されるものになる。
【００３９】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、図７の例では、液滴Ｅの成長を、吐出された液滴とノズル２８内の溶液との間でテール部分がつながっている状態で行なうものとしたが、テール部分が切断された状態で行なっても良い。この場合でも、テール部分が切断されるまでの間に作用する表面張力によって各１滴の液滴Ｅiが停滞されることになるので、同様に、ノズル２８の前面の空間において、液滴Ｅを成長させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、塗布ヘッドを交換することなく、塗布ヘッドの各ノズルから吐出される液滴の滴下量を安定的に調整することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  液滴塗布装置
２０  塗布ヘッド
２８  ノズル
２９  圧電素子
５０  制御装置（制御手段）
Ｋ  基板
ｎx  繰り返し駆動回数
ｑ  液滴の滴下量
Ｖ１  第１の電圧
Ｖ２  第２の電圧
【図１】
2010167343.tif 000003
【図２】
2010167343.tif 000004
【図３】
2010167343.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010167343.tif 000009