(57)【要約】【課題】  インクジェットヘッドのノズルの非対称な形状や濡れ性によって生ずるインクの噴射方向やその他の噴射特性のばらつきを軽減して、着弾精度がよく、噴射特性のばらつきが少なく、それによりメンテナンスの手間が少なく、安定して良好な膜を形成することのできるインクジェット塗布装置を提供する。【解決手段】  インクジェットヘッド６内に設けられるインク室６５と、インクジェットヘッドの下端部に設けられるノズルプレート６６と、インク室６５と連通して前記ノズルプレート６６に設けられるノズル６７と、インクを噴射させるアクチュエータ６２と、前記ノズル６７に近接して前記ノズルプレート６６に設けられ、前記ノズル６７近傍に振動を加える振動源１１と、を備える。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッド内に設けられ、インクを収容するインク室と、
前記インクジェットヘッドの下端部に設けられるノズルプレートと、
前記インク室と連通して前記ノズルプレートに設けられ、インクを塗布する基板に向けて開口するノズルと、
前記インク室に収容されているインクを前記ノズルより噴射させるアクチュエータと、
前記ノズルに近接して前記ノズルプレートに設けられ、前記開口近傍に振動を加える振動源と、
を備えることを特徴とするインクジェット塗布装置。
【請求項２】
前記振動源が、櫛形電極と圧電体との組み合わせである請求項１記載のインクジェット塗布装置。
【請求項３】
前記ノズルが前記ノズルプレートに複数個設けられ、これらのノズルのそれぞれに前記振動源が設けられることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット塗布装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット塗布装置を用いて基板表面に向けてインクを噴出させる塗布工程を有する表示デバイスの製造方法において、
前記塗布工程で、前記振動源により前記ノズルに振動を加えながら基板表面に向けてインクを噴出させることを特徴とする表示デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを微小な液滴にして基板の所定領域に噴射して塗布するインクジェット塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、液晶ディスプレイパネル、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイパネル若しくはフィールドエミッションディスプレイパネル等の薄型ディスプレイパネルを用いた表示デバイス等を製造する際には、水溶液や、無機又は有機溶媒を含む塗布液の液滴を、インクジェット塗布装置のインクジェットノズルから基板上に噴射塗布し、前記基板上で乾燥させることにより、機能層等の膜を形成させることが行われている。かようなインクジェット塗布は、特に、表示デバイスの発光層やカラーフィルター層などのような微細なパターニングを必要とする成膜のために好適に用いられている。
【０００３】
インクジェット塗布装置は、インクジェットヘッドの下端部に設けられたノズルプレートに微小なノズルを備え、このノズルから、被塗布材である基板に向けてインクの液滴を噴射しつつ、インクジェットヘッド及び前記基板を支持しているステージの一方又は両方を水平面内で往復移動させることにより、前記基板上に着弾させたインクを基板の所定範囲内に塗布している。
【０００４】
前記インクジェットヘッドの内部のインク室に連通して設けられた前記ノズルの開口端部は、このノズルが設けられるノズルプレートに対してレーザー加工やエッチング等の精密加工を行って形成されている。しかし、前記ノズルの開口端部は、前記精密加工を行ったとしても、インクが塗布される基板から見て完全に対称な形状を得るのは困難である。そのため、このノズルから噴射されるインクは、ノズルの開口端部の形状や濡れ性の影響を受けて、噴射方向がいずれかに偏った方向になり、これがインクの着弾精度の低下を招く場合があった。
【０００５】
また、前記インクジェットヘッドには、塗布するインクの種類に応じて、又は生産性を向上させるために、複数のノズルが設けられているのが一般的である。この場合には、複数のノズルの各々について、前述の理由によりノズルの開口端部の形状や濡れ性が異なり、そのため、これらのノズルから噴射されるインクの噴射方向や液滴の噴射速度や液滴量やインク形状などの噴射特性にばらつきが生じる場合があった。
【０００６】
したがって、従来は、所望の一定の噴射特性を得るために、インクジェットに設けられている単数又は複数のノズルについて、噴射条件をノズルごとに調整する必要があった。しかも、前記ノズルの開口端部の形状や濡れ性は、経時的に変化するので、噴射条件を定期的に再調整することも要していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インクの着弾精度の低下や、ノズルごとの噴射特性のばらつきが生じると、インクの液滴を噴射することにより形成される膜の形状や膜厚等にばらつきが生じ、これによりインクジェット塗布工程を経て製造される製品の不良に直結するので好ましくない。
【０００８】
例えば高分子有機ＥＬディスプレイのように、ガラス基板の表面上にインクを受け入れるためのバンクが設けられ、このバンクの中にインクジェット塗布によってインクを噴射して発光層を形成する表示デバイスの製造工程において、前述の噴射方向の偏りや噴射特性のばらつきが生じていると、一つのノズルについて基板上の着弾位置と噴射量とが変化するとともに、ノズルごとに前記基板上の着弾位置と噴射量とが不均一になる。そのため、インク乾燥後の発光層の形状にばらつきが生じ，パネルの品質を悪化させ、歩留まりが低下してしまう。また、そのばらつきを解消するための調整は、煩雑なものとなる。
【０００９】
また、インクジェットヘッドのインク室からインクを噴射させるためのアクチュエータの駆動電圧、駆動パルス幅、駆動周波数等による噴射条件の調整が不適切な場合には、インク室からノズルの開口端部に押し出されたインクのうち、千切れて液滴となったもの以外の部分が、ノズル室に戻ろうとするときに、ノズルの開口端部の形状や濡れ性の影響を受けて、ノズル室ではなくノズル開口の周囲のノズルプレート上に付着してしまう場合があった。また、インクが千切れる際に発生した微小液滴が、同様にノズルプレート上に付着する場合があった。これらのノズルプレートに付着したインクは、インクジェット塗布工程における噴射回数を重ねるごとに重なり合い、面積を拡大して、ノズル付近で水溜り状になる。このような水溜り状態に付着したインクは、インクの噴射を阻害し、安定な噴射を妨げる原因となっていた。そのため、安定な噴射を行うためにはノズルプレート上の液滴をふき取る（ワイピング）などのメンテナンス動作を頻繁に行わなければならず、生産性が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、前述の問題を有利に解決するためになされたものであり、ノズルの開口端部の形状や濡れ性の影響を軽減して、着弾精度がよく、噴射特性のばらつきが少なく、それによりメンテナンスの手間が少なく、安定して良好な膜を形成することのできるインクジェット塗布装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のインクジェット塗布装置は、インクジェットヘッド内に設けられ、インクを収容するインク室と、前記インクジェットヘッドの下端部に設けられるノズルプレートと、前記インク室と連通して前記ノズルプレートに設けられ、インクを塗布する基板に向けて開口するノズルと、前記インク室に収容されているインクを前記ノズルより噴射させるアクチュエータと、前記ノズルに近接して前記ノズルプレートに設けられ、前記開口近傍に振動を加える振動源と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明のインクジェット塗布装置においては、振動源が、櫛形電極と圧電体との組み合わせであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のインクジェット塗布装置においては、前記ノズルが前記ノズルプレートに複数個設けられ、これらのノズルのそれぞれに前記振動源が設けられることが有利である。
【００１４】
また、本発明のインクジェット塗布装置を用いて基板表面に向けてインクを噴出させる塗布工程を有する表示デバイスの製造方法においては、前記塗布工程で、前記振動源により前記ノズルに振動を加えながら基板表面に向けてインクを噴出させることにより、良好な品質の表示デバイスを歩留まりよく製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、噴射特性のばらつきが少ない、安定した良好な膜形成を行うことを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態に係るインクジェット塗布装置の全体構成を示す斜視図である。本発明のインクジェット塗布装置は、ベース１を備え、前記ベース１上には、インクを塗布する基板Ｓを保持するステージ２がほぼ水平に配設されている。このステージ２は、前記ベース１の上面から順次に設けられたＸテーブル３ａ、Ｙテーブル３ｂ、θテーブル３ｃによって水平面内を移動可能に支持されている。
【００１７】
前記ステージ２を跨ぐように、門型の支持体４が前記ベース１の上面からほぼ垂直に立設されている。この支持体４における前記ステージ２の直上に当たる位置に、インクジェットヘッド駆動装置５が取り付けられている。このインクジェットヘッド駆動装置５の下端部に、インクジェットヘッド６が設けられている。
【００１８】
前記インクジェットヘッド６にインクを供給するために、複数のインク供給タンク７が設けられ、それぞれ配管８により前記インクジェットヘッド６と接続している。これらのインク供給タンク７には、例えば液晶ディスプレイパネルのカラーフィルターの着色膜や有機ＥＬパネルの発光膜を当該インクジェット塗布装置により形成する場合には、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ３色のそれぞれに対応する色のインクが貯えられる。このインクの液面高さを適切に調節して前記インクジェットヘッド６のノズル先端部におけるインク液圧を所定の負圧に維持するために、インク供給タンク７は、ベース１上に設けられた図示しないインク供給タンク駆動機構によって昇降可能に支持されている。
【００１９】
前記インク供給タンク７に貯えられるインクが減ったときにインクを供給するために、前記インク供給タンク７に対応する複数のインク補給タンク９が設けられ、それぞれ配管８により前記インク供給タンク７と接続している。
【００２０】
ベース１上に備える上述の各部材を覆ってインクジェット塗布をする空間を所定の雰囲気に保持するために、インク塗布ボックス１０ａが設けられている。このインク塗布ボックス１０ａに隣接して、このインク塗布ボックス１０ａ内の雰囲気がインクの補給時に変動するのを防止するためにインク補給タンク９近傍の空間を所定の雰囲気に保持するインク補給ボックス１０ｂが設けられている。
【００２１】
図２は、図１に示したインクジェット塗布装置のインクジェットヘッド６近傍の拡大図である。
【００２２】
インクジェットヘッド駆動装置５は、前記支持体４に対して昇降可能に取り付けられたＺテーブル５ａと、このＺテーブルに水平方向に移動可能に取り付けられたＹテーブル５ｂと、このＹテーブル５ｂに取り付けられ、垂直方向を回転軸として回動可能なθテーブル５ｃとを有し、そのθテーブル５ｃの下端部にインクジェットヘッド６が設けられている。このインクジェットヘッド６の下端面には、インクの液滴を噴射するノズルが、ステージ２に向けて取り付けられている。
【００２３】
図３は、図２に示したインクジェットヘッド６の斜視図であり、図４は、図３に示すインクジェットヘッド６のＡ−Ａ断面図である。図３及び図４において、インクジェットヘッド６は、間隙を有する基体６１と、この基体６１の間隙に挿入されている圧電素子よりなるアクチュエータ６２と、このアクチュエータの先端に固着されているダイヤフラム６３と、このダイヤフラム６３の前記基体６１とは反対側の面に取り付けられている流路板６４と、この流路板６４に形成されてインクｉが満たされる空隙よりなり、前記アクチュエータ６２が固着されている部分の前記ダイヤフラム６３を空隙の内壁の一部とするインク室６５と、前記流路板６４の端面に前記インク室６５を塞ぐように取り付けられたノズルプレート６６と、このノズルプレート６６に形成された貫通孔よりなり、前記インク室６５と連通してインクを噴射するノズル６７とを備えている。
【００２４】
圧電素子よりなる前記アクチュエータ６２に電圧を加えると、このアクチュエータ６２は前記ダイヤフラム６３を引っ張るように縮む。したがって、ダイヤフラム６３が弾性変形し、ダイヤフラム６３を内壁の一部とするインク室６５の容積が増大する。このインク室６５には図示しない流路を通してインク供給タンク７と接続している配管８と接続されていて、インク室６５内に満たされているインク量が増大する。
【００２５】
次に、前記アクチュエータ６２に電圧を加えるのを止めると、このアクチュエータ６２は元の長さに戻り、ダイヤフラム６３の弾性変形も元の状態に戻る。そうなるとダイヤフラム６３を内壁の一部とするインク室６５の容積も元に戻り、このインク室６５に満たされているインクｉの増分が、ノズル６７から液滴として噴射される。
【００２６】
このようなインクジェットヘッド６のノズルプレート６６に設けられているノズル６７の開口端部の形状や濡れ性の影響により、前記ノズル６７から噴射されるインクｉの噴射方向に偏りが生じている場合には、インクの着弾精度の低下を招く問題があったのは、既に述べたとおりである。
【００２７】
そこで、本実施形態では、前記ノズル６７の開口近傍に振動を加える振動源１１が、前記ノズルプレート６６表面の幅方向端部に設けられている。
【００２８】
図４に示す本実施形態のインクジェットヘッド６を底面から見た図を図５に示す。なお、図５では、前記振動源１１の説明を容易にするために図４とは部材の位置、寸法を図４とは異ならせて示している。
【００２９】
図５において、振動源１１は、ノズルプレート６６上に固着された圧電体１１ａと、この圧電体１１ａ上に設けられた櫛形電極１１ｂとを備えている。前記櫛形電極１１ｂは、所定間隔を空けて平行に配列されている部分を有する一対の電極が、その平行に配列されている部分において交互に組み合わされている。そして組み合わされた前記平行に配列されている部分の配列方向が、ノズル６７を向くようにして前記圧電体１１ａ上に形成されている。また、前記櫛形電極１１ｂは、電源１２に接続されている。
【００３０】
このような櫛形電極１１ｂに電源１２から交流電圧を加えると、圧電効果により、この交流電圧の電圧変化に応じて圧電体１１ａが変形を繰り返し、平行に配列されている部分の間隔に対応した周波数を有する表面弾性波（レーリー波）が生じる。この表面弾性波は、ノズルプレート６６の端部に設けられた振動源１１から図面の矢印Ｗ方向、すなわち、前記櫛形電極１１ｂの前記平行に配列されている部分の配列方向（ノズルに向かう方向）と平行に進行する。
【００３１】
したがって、図５に示した本実施形態のインクジェット塗布装置において、図示しない制御装置からの信号により電源１２から振動源１１の櫛形電極１１ｂに所定の高周波の交流電圧を加えると、振動源１１から生じた表面弾性波がノズル６７に向かって進行し、ノズル６７の開口端部及びその近傍に振動が加えられる。
【００３２】
図６はインク塗布時におけるノズル６７近傍の断面図である。同図に示すように、前記ノズル６７からインクｉを噴射するときに、表面弾性波Ｗにより前記ノズル６７の開口端部に振動が加えられることにより、インクｉとノズル６７の開口端部とが連続的ではなく断続的に接触するようになり、噴射時における前記開口端部におけるインクの接液時間が短くなる。したがって、前記開口端部の形状や濡れ性の非対称性が噴射特性に及ぼす影響が軽減される。また、前記ノズル６７の経時的な形状、濡れ性の変化の影響も軽減され、さらに図示した開口端部に存在している異物ｍ、あるいはノズル加工不良などによる前記開口端部の形状や濡れ性の影響が軽減される。
【００３３】
また、ノズルプレート６６上のノズル６７の周囲に微小液滴などのインクが付着した場合であっても、本実施形態では、前記振動源１１からノズル６７に向けて表面弾性波Ｗが進行することより、ノズル６７の周囲に付着したインクが、この表面弾性波Ｗに連れられてノズルプレート６６の端部に移動する。したがって、インクがノズル６７の周囲に溜まることがないので、安定したインクジェット塗布工程を行うことができる。このようにして、ノズルプレート６６上のノズル６７の周囲にインクが溜まることがないようにすることは、このノズル６７の周囲に溜まったインクの固化物が異物としてノズル噴射を阻害するのを未然に防止することができるので、この点でも精度のよいインクジェット塗布を安定して行うことができる。
【００３４】
また、図５に示した振動源１１の櫛形電極１１ｂ上にインクの微小液滴が付着すると、櫛形電極１１ｂに所定の交流電圧を加えて表面弾性波を発生させるときのインピーダンスが変化する。このことを利用して、櫛形電極１１ｂをノズル６７の開口近傍に設け、前記櫛形電極１１ｂのインピーダンスを図示しない検出装置によりモニターしておき、ノズル６７開口の周囲のノズルプレート６６上に微小液滴が付着することを、前記櫛形電極１１ｂのインピーダンスの変化により検出することにより、この微小液滴が重なり合い、液溜まりがノズル６７開口近傍に形成されてインクの不吐出が生じることを予知することもできる。
【００３５】
本実施形態において振動源１１から生じさせる表面弾性波の周波数は、インクジェット塗布においてインクが前記ノズル６７に接している時間が、通常０．１〜０．２μｓ程度であるので、本発明の所望の効果を得るためには、１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度の周波数とすることが好ましい。このような周波数の振動は、櫛形電極と圧電体との組み合わせによって生じさせることができる。
【００３６】
図５に示すように、ノズル６７が前記ノズルプレート６６に複数個設けられている場合には、これらのノズルのそれぞれに対応して複数個の振動源１１を設けることにより、ノズル毎の噴射特性のばらつきを軽減させることができ、煩雑な調整の手間を軽減させることができる。
【００３７】
本発明のインクジェット塗布装置を用いて、表示デバイスを製造することができる。表示デバイスの製造工程においては、表示デバイスの基板上に有機ＥＬパネルの場合の発光素子層や液晶パネルのカラーフィルターの場合の着色層やブラックマトリックス層を形成する工程があり、これらの層はいずれも微細に区画された領域内に層を形成させる必要があることから、本発明のインクジェット塗布装置により塗布液を塗布して乾燥させ、前記発光素子の発光膜又は前記カラーフィルターの着色膜若しくは遮光膜を形成させることができる。
【００３８】
より具体的には、表示デバイスとして例えば液晶ディスプレイを製造する場合について述べると、ガラス基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を規則正しく並べて配置したＴＦＴアレイ基板を製造するとともに、他のガラス基板にカラーフィルター及びブラックマトリックスを形成させたカラーフィルター基板を製造し、前記ＴＦＴアレイ基板と前記カラーフィルター基板とを貼り合わせて組み立て、その貼り合わせた基板の隙間に液晶材を注入し、封じ込ませてパネル基板を得る。また、パネル基板を得るのに、前記ＴＦＴアレイ基板上にカラーフィルターとブラックマトリックスとの両方を形成させることも行われている。
【００３９】
このようなカラーフィルター基板、又はカラーフィルターとブラックマトリックスとを形成させたＴＦＴアレイ基板を製造するに当たり、そのカラーフィルター層の各輝点（サブピクセル）に対応する着色層を形成するため、又は前記各輝点により構成される表示領域の周囲に設けられる非表示領域又は前記各輝点間を遮光するための遮光層（ブラックマトリックス）を形成するための膜を、本発明のインクジェット塗布装置を用いて形成することができる。
【００４０】
そして本発明のインクジェット塗布装置を用いて表示デバイスを製造する際に、前記振動源により前記ノズルに振動を加えながら基板表面に向けてインクを噴出させることにより、安定して良好な膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェット塗布装置の全体構成を示す斜視図。
【図２】図１に示したインクジェット塗布装置のインクジェットヘッド６近傍の拡大図。
【図３】図２に示したインクジェットヘッド６の斜視図。
【図４】図３に示すインクジェットヘッド６のＡ−Ａ断面図。
【図５】図４に示すインクジェットヘッドを底面から見た図。
【図６】インク塗布時におけるノズル６７近傍の断面図。
【符号の説明】
【００４２】
６…インクジェットヘッド、１１…振動源、１２…電源、６２…アクチュエータ、６５…インク室、６６…ノズルプレート、６７…ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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