(57)【要約】【課題】  吐出ヘッドに液体を充填する際のノズルなどにおける目詰まりの発生をより効果的に防止する。【解決手段】  ノズルを介して液体材料を液滴として吐出する吐出ヘッドの内部に液体を充填する際、第１の液体から前記第１の液体と性質の異なる第２の液体へと連続的に性質を変えながら充填する。第１の液体を収容する第１液体収容部１３と、第１の液体と性質の異なる第２の液体を収容する第２液体収容部１４と、ノズルを介して液体材料を液滴として吐出する吐出ヘッド１２と、第１の液体と第２の液体を混合する混合手段と、前記混合手段から液体を吐出ヘッド１２へ供給する液体供給路１６とが備えられた液体充填装置１０。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを介して液体材料を液滴として吐出する吐出ヘッドの内部に液体を充填する方法であって、第１の液体から前記第１の液体と性質の異なる第２の液体へと連続的に前記性質を変えながら充填することを特徴とする液体充填方法。
【請求項２】
前記第１の液体から前記第２の液体へと一定の変化率で性質を変えながら充填することを特徴とする請求項１記載の液体充填方法。
【請求項３】
前記第１の液体と前記第２の液体は、固形分濃度、粘度、表面張力、極性のうち少なくとも一つにおいて性質が異なることを特徴とする請求項１又は２記載の液体充填方法。
【請求項４】
前記第１の液体は、前記第２の液体に含まれる全成分のうちの一部の成分からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体充填方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体充填方法に用いる液体充填装置であって、第１の液体を収容する第１液体収容部と、前記第１の液体と性質の異なる第２の液体を収容する第２液体収容部と、ノズルを介して液体材料を液滴として吐出する吐出ヘッドと、前記第１の液体と前記第２の液体を混合する混合手段と、前記混合手段から液体を吐出ヘッドへ供給する液体供給路とが備えられたことを特徴とする液体充填装置。
【請求項６】
吐出ヘッド側に第１液体収容部が設けられ、前記第１液体収容部と第２液体収容部は、水平面における断面積が等しく、かつ同じ高さに直列して配置され、前記混合手段において前記第１の液体と前記第２の液体が交わる位置には攪拌手段が具備され、両液体収容部から液体を排出する排出部位に、液体の通過、遮断を切り替える切替手段がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項５記載の液体充填装置。
【請求項７】
前記液体供給路に脱気手段を備えたことを特徴とする請求項５又は６記載の液体充填装置。
【請求項８】
前記第２の液体を収容する第３液体収容部と、前記第３液体収容部から液体を吐出ヘッドへ供給する管路を設けたことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の液体充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルを介して液体材料を液滴として吐出する吐出ヘッドの内部に液体を充填する方法に関し、特に、目詰まりを効果的に防止しながら高粘度の液体を充填できるようにするものである。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイや表示光源などとして用いられる電気光学装置や、半導体装置などの電子装置は、その製造過程において、基体となる物体上に材料を配置する工程を含む。物体上に材料を配置する技術としては、吐出ヘッドに設けられたノズルを介して液体材料を液滴として吐出する液滴吐出法がある。この液滴吐出法は、スピンコート法などの技術に比べて、液体材料の消費に無駄が少なく、物体上に配置する液体材料の量や位置の制御を行いやすいという利点がある。
【０００３】
液滴吐出法を用いた製造例として、液晶装置、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬ）装置、カラーフィルタなどの製造を挙げることができる。これらの製造工程においては、通常、有機ＥＬやカラーフィルタなどの材料となる有機組成物を含有する液体を収容する液体収容部から、管路などの液体供給路を介して吐出ヘッドへ供給するということが行われる。
前記有機組成物は一般に粘度、表面張力ともに高い性質を有しており、粘度や表面張力の高い液体を吐出ヘッドにいきなり充填すると、吐出ヘッドのノズルや液体供給路において目詰まりが生じることがあった。この問題を解決するために、粘度や表面張力の小さい液体をまず吐出ヘッドに供給し、次いで目的とする粘度や表面張力の大きい液体に切り替えて充填するという方法が採られている。また、これを多段的に行うこともある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特願２００１−２７４８０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような方法で、吐出ヘッドへ供給する液体の種類を変更すると、成分の異なる液体同士は混ざりにくく、管路内の抵抗が高くなり、発熱、白濁等の不具合が発生することもある。また、ノズルや管路に生じる目詰まりを解消することができないこともある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、吐出ヘッドに液体を充填する際、前述の不具合を発生させることなく目詰まりをより効果的に防止する液体充填方法及びそれに使用する液体充填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】
【０００５】
かかる課題を解決するため、本発明の液体充填方法は、ノズルを介して液体材料を液滴として吐出する吐出ヘッドの内部に液体を充填する際、第１の液体から前記第１の液体と性質の異なる第２の液体へと連続的に性質を変えながら充填することを特徴とする。連続的に液体の性質を変えることによって、管路内に発生する抵抗を減少させ、吐出ヘッドのノズルや液体を供給する管路に目詰まりが生じるのを防止することができる。この際、一定の変化率で連続的に性質を変えることによって、より効果的に目詰まりを抑制できる。
【０００６】
本発明に使用される第１及び第２の液体は、固形分濃度、粘度、表面張力、極性のうち少なくとも１つの性質において異なっていてもよい。この際、固形分濃度、粘度、表面張力などは、低い液体から高い液体へと充填する液体の性質を変化させることが好ましい。連続的にこれらの性質を変化させてやることで、性質の変化が緩やかに起こり、固形分濃度、粘度、表面張力が高い液体であっても目詰まりを起こすことなく充填できる。液体の極性においては、液体の組成物の極性によるが、一般的には、水など極性の高い液体から、より極性の低い液体へと性質を変化させながら充填するのが望ましい。
さらに、本発明に使用する第１の液体は、第２の液体に含まれる全成分のうちの一部の成分からなることが好ましい。第１の液体の成分が第２の液体に含まれていれば、第２の液体の他に特別な材料を必要とせず、より小さい抵抗でこれら液体を混合でき、効率的に液体の性質を変化させることができる。
【０００７】
上記の液体充填方法を実現するために、本発明の液体充填装置は、第１の液体を収容する第１液体収容部と、第１の液体と性質の異なる第２の液体を収容する第２液体収容部と、ノズルを介して液体材料を液滴として吐出する吐出ヘッドと、第１の液体と第２の液体を混合する混合手段と、前記混合手段から液体を吐出ヘッドへ供給する液体供給路とが備えられたことを特徴とする。混合手段によって、第１の液体から第２の液体へと連続的に性質を変化させ、これを液体供給路を介して吐出ヘッドへ供給すれば、目詰まりを防止することができる。
【０００８】
上記の液体充填装置において、吐出ヘッド側に第１液体収容部が設けられ、前記第１液体収容部と第２液体収容部は、水平面における断面積が等しく、かつ同じ高さに直列して配置され、前記混合手段において第１の液体と第２の液体が交わる位置には攪拌手段が具備され、両液体収容部から液体を排出する排出部位に、液体の通過、遮断を切り替える切替手段がそれぞれ設けられていることが好ましい。このような構成とすることで、攪拌手段が第１の液体と第２の液体を均一に混合し、第１の液体収容部内の液体の性質を第１の液体から第２の液体へと一定の変化率で変化させていく。このような混合液は、性質の変化が緩やかなので、より確実に目詰まりを防止しつつ吐出ヘッドへ充填することができる。
【０００９】
また、本発明の液体充填装置において、液体供給路に脱気手段が備えられていることが好ましい。脱気手段を備えることによって、液体供給路を通過する液体内の空気を減少させ、吐出ヘッド内に空気が入り込むことを抑制できる。
さらに、上記の液体充填装置は、第２の液体を収容する第３液体収容部と該液体収容部から液体を吐出ヘッドへ供給する管路を設けてもよい。第３液体収容部に収容された液体が第２の液体であれば、吐出ヘッドに供給する液体の性質を第１の液体から徐々に第２の液体に変化させながら切り替えた後、前記管路を用いて第３液体収容部内の第２の液体を吐出ヘッドに円滑に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明に係る液体充填装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
図１において、符号２は液体を微小な液滴として吐出する吐出ヘッドである。液体充填装置１は、前記吐出ヘッド２に第１の液体から第２の液体へと連続的に性質を変化させながら液体を充填するものである。
【００１１】
充填装置１は、上記第１の液体を収容する第１液体収容部３及び前記第２の液体を収容する第２液体収容部４と、ノズルを介して液体材料を液滴として吐出する吐出ヘッド２と、第１の液体と第２の液体を混合する混合部５と、該混合部５から液体を吐出ヘッド２へ供給する液体供給路６とで構成されている。また、液体供給路６には、吐出ヘッド２へ供給される液体中に含まれる空気を抜くための脱気装置９が備えられている。
【００１２】
第１液体収容部３には、吐出ヘッド２に最初に供給される第１の液体が収容されている。第２液体収容部４には、第１の液体と性質の異なる第２の液体が収容されている。ここで、第１の液体と第２の液体の性質が異なるとは、固形分濃度、粘度、表面張力、極性のうち少なくともひとつにおいて性質が異なる状態を言う。第１の液体及び第２の液体を構成する成分については、後段で詳しく説明する。液体収容部３、４は種々の有機化合物などを安定的に収容できるものであれば、材質、構造等特に制限はない。
【００１３】
混合部５は、第１の液体と第２の液体を混合するために、第１液体収容部３及び第２液体収容部４のそれぞれと接続しており、これら液体収容部３、４から液体が供給されるようになっている。また、この混合部５には第１の液体と第２の液体が充分に混ざるようにする攪拌器が備えられている。さらに、混合部５は液体供給路６と接続しており、前記攪拌器によって混合された第１の液体及び第２の液体の混合液が混合部５から液体供給路６へ排出する構成とされている。
【００１４】
本実施形態の液体充填装置を用いて吐出ヘッド２に液体を充填する場合、混合部５において、第１の液体から第２の液体へと連続的に性質が変化するように混合する。連続的とは、第１の液体から第２の液体へと性質が徐々に変化することをいう。液体の性質を制御するためには、第１液体収容部３と混合部５の間及び第２液体収容部４と混合部５の間に、各液体収容部からの液体の流量を調整する弁７、８などを配置することが好ましい。これらの弁７、８によって、混合部５に供給される液体の比が徐々に第１の液体から第２の液体に変化するようにすればよい。弁７、８は図示しない制御装置などによって制御されていてもよい。
【００１５】
液体充填装置１は、液体収容部３及び４を上述した吐出ヘッド２上方に配置し、重力によって液体収容部３及び４から吐出ヘッド２の方向へ液体が流れる構成となっているが、必要に応じて、ノズルから吐出ヘッド２の内部の液体を吸引する吸引装置を備えていてもよい。吸引装置は、通常吐出ヘッド２のノズルに対して気密に配置される吸引キャップ、液体回収部、吸引ポンプ、これらを接続する配管等を有するものである。
【００１６】
吐出ヘッド２は、液滴吐出方式により、液体材料をノズルから吐出するものである。液滴吐出方式としては、圧電体素子であるピエゾ素子を用いてインクを吐出させるピエゾ方式、液体材料を加熱し発生した泡（バブル）により液体材料を吐出させるバブル方式など、公知の様々な技術を適用できる。このうち、ピエゾ方式は、液体材料に熱を加えないため、材料の組成等に影響を与えないという利点を有する。ピエゾ方式に用いる吐出ヘッドは、圧力を発生するアクチュエータユニット、液体流路ユニット、ノズル開口などで構成されている。
【００１７】
液体供給路６は、その両端がそれぞれ前記混合部５又は前記吐出ヘッド２と接続しており、混合部５から排出された液体がこの液体供給路６を介して吐出ヘッド２へ供給されるようになっている。液体供給路６は、具体的にはテフロン（登録商標）チューブやＳＵＳなどの材質からなる配管などである。また、前記混合部５から供給された液体が吐出ヘッド２へ到着するまでに、前述した脱気装置９を通過する構造となっていることが好ましい。配管の経口については、充填する液体の粘度によるが、液体使用量を低減するために、２〜６ｍｍが好ましく、また、混合部５から吐出ヘッド２までの全長が５０〜２０００ｍｍとなるようにすることが好ましい。長すぎると、流路抵抗が大きくなり、液体の使用量も多くなるなどの問題が生じる。
【００１８】
＜第２の実施の形態＞
図２は、本発明の液体充填装置の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
図２に示す液体充填装置１０は、吐出ヘッド１２と、第１液体収容部１３と、第２液体収容部１４と、第３液体収容部２０と、液体供給路１６を備えている。第１液体収容部１３と第２液体収容部１４とは、それぞれの底部で連通管２３を介して連通している。また、第１液体収容部１３が吐出ヘッド１２側にあり、第１液体収容部１３と第２液体収容部１４は水平面での断面積が等しく、かつ同じ高さに直列して配置されていることを特徴とする。このような構成をとることで、同体積の液体を各液体収容部１３、１４に収容した際、常に液体の高さを一定に保とうとする力が働く。
【００１９】
さらに、第２液体収容部１４の排出口には液体の通過、遮断を制御する弁１８が備えられている。同様に、第１液体収容部１３の排出口には液体の通過、遮断を制御する弁１７が具備されている。第２液体収容部１４から排出され、弁１８を通過した第２の液体が第１液体収容部１３内の第１の液体と合流する点には、攪拌手段であるマグネチックスターリングバー１５が備えられている。このマグネチックスターリングバー１５は、第１液体収容部１３方向に流れてくる第２の液体を、第１の液体と均一に混ぜるものである。
【００２０】
第３液体収容部２０と前記液体供給路１６は、管路２１で接続されており、その接続点において弁２２が設けられている。弁２２は、管路２１と液体供給路１６において前記弁２２より上流との間で自在に液体の通過、遮断を調整できる。すなわち、弁２２より下流に位置する吐出ヘッド１２へ供給される液体を選択することができる。さらに、液体供給路１６において、弁２２より下流側に脱気装置１９が備えられている。脱気装置１９によって、吐出ヘッド１２へ供給される液体に空気が混合することを防止する。
【００２１】
以下、図２を参照して、本発明の液体充填方法を説明する。
まず、第１の液体及び第２の液体について説明する。
第１の液体は、第１液体収容部１３に収容される液体であり、最初に充填される液体である。第２の液体は、第２液体収容部１４に収容される液体であり、最終的に吐出ヘッド１２に充填したい液体となっている。また、前述したように、第１の液体と第２の液体は、粘度、表面張力、極性のうち少なくとも１つの性質において異なっている。
【００２２】
さらに、第１の液体の成分は、第２の液体の全成分のうちの一部からなることが好ましい。例えば、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬ）装置に用いられる有機層を吐出ヘッド１２を用いて作製する場合、吐出ヘッド１２に有機化合物を含有する溶液を第２の液体として充填する必要がある。有機ＥＬの有機層となる溶液は、導電性の有機化合物、水、アルコール、界面活性剤等を含んでいるので、第１の液体は前記有機化合物とアルコールを除いた水と界面活性剤のみで構成する。すなわち、第１の液体は、第２の液体に比べて固形分濃度、粘度、表面張力ともに小さくなるように形成する。
【００２３】
最初に、図２(ａ)に示すように、弁１７及び弁１８を閉じた状態で、第１液体収容部１３に第１の液体を、第２液体収容部１４に第２の液体を収容する。このとき、第１の液体と第２の液体とが同体積になるようにする。次いで、弁２２において、管路２１からの液体供給を遮断した状態で、弁１７及び弁１８を開放し、第１液体収容部１３及び第２液体収容部１４からの液体供給を開始する。この際、スターリングバー１５を作動させ、第２の液体が第１液体収容部１３において第１の液体と混合するように攪拌する。
【００２４】
図２（ｂ）に示すＡ点において、通過する液体の性質を時間を追ってみると、まず第１の液体の性質が表れる。液体の供給が持続するにつれ、第２の液体は連通管２３を通過して第１液体収容部１３に浸入し、第１の液体と混合される。混合液に対する第２の液体濃度は増加していくので、液体供給路１６のＡ点における液体の性質は徐々に第２の液体へと変化していく。この際、変化率については液体の流量等様々な要素によって決定されるが、段階的ではなく常に一定の変化率で変化する。
【００２５】
第１液体収容部１３及び第２液体収容部１４からの液体の供給が終了する頃、図２（ｃ）に示すように、弁２２において液体の切り替えを行う。すなわち、弁２２より上流の液体供給路１６からの液体の供給を遮断し、管路２１からの液体供給に切り替える。管路２１は、第３液体収容部２０に接続されており、前記第３液体収容部２０には第２の液体が収容されている。弁２２による液体供給の切り替えを行うときまでに、弁２２を通過する液体の性質は第２の液体に限りなく近づいており、第３液体収容部２０内の第２の液体を目詰まりを起こすことなく吐出ヘッド１２へ供給する。こうして、目的とする高粘度、高表面張力の液体を吐出ヘッドへ充填することができる。
また、上記の全充填工程において、吐出ヘッド１２へ供給される液体が脱気装置１９を通過するため、液体内に空気が入ることがあっても、脱気装置１９において空気が取り除かれ、吐出ヘッド１２に空気が侵入するのを防止する。
【００２６】
以上、本実施形態においては有機ＥＬ装置用の有機層を作製する場合に用いる吐出ヘッドを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。吐出ヘッドは、有機層の他、電子装置の製造工程で用いられる製膜装置を作製する際適用できるものである。有機ＥＬ以外の電子装置としては、例えば、液晶表示装置、無機エレクトロルミネッセンス装置、プラズマディスプレイ、撮像装置（ＣＣＤなど）などの電気光学装置の他に、半導体装置、カラーフィルタ、タッチパネル、磁気ヘッドなどが挙げられる。したがって、吐出ヘッドに充填する液体も、有機層を形成する有機化合溶液の他、レジスト（フォトレジスト）、着色インク（カラーインク）、機能層の形成材料（機能層形成用インク）、配線材料、保護膜用液体材料、塗布シリコン酸化膜を形成するための液体材料であるＳＯＧ（Spin On Glass）、低誘電率層間絶縁膜を形成するためのLow-k材料などが挙げられる。なお、本発明は上記例に限定されるものではない。
【００２７】
また、本実施形態は、性質の異なる２種類の液体を置換する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。３種類以上の液体を置換する場合においても本発明は適用でき、液体を置換する毎に上述したような方法を用いて充填される液体の性質が連続的に変化するようにすればよい。
さらに、先に述べた実施形態において、第２の液体を収容する第３液体収容部２０を設けたが、これを設けず、第２液体収容部１４から第１の液体がなくなった後も継続して第２の液体を供給しても良い。第３液体収容部２０と吐出ヘッド２を連結する管路２１は、液体供給路１６と合流する場合を例示したが、合流せず吐出ヘッド２へ直接接続してもよい。
【実施例１】
【００２８】
図２に示すような液体充填装置１０を用いて、吐出ヘッド１２に液体を充填した。
最初に、弁１７及び弁１８を閉じた状態で、第１液体収容部１３には下記に示す第１の液体を、第２液体収容部１４には下記の第２の液体を入れた。
第１の液体
固形分濃度：０％  粘度：１ｍＰａ・ｓ  表面張力：３５ｍＮ／ｍ
＜成分＞
ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ分散液（Ｂａｙｔｒｏｎ  （Ｐ）Ｐ，Ｈ．Ｃ．シュタルク社製）０ｇ
水                                                                    １００ｇ
ジエチレングリコール                                                      ０ｇ
３，５−ジメチル−１−オクチン−３−オール                          １００ｍｇ
第２の液体
固形分濃度：０．７％  粘度：２０ｍＰａ・ｓ  表面張力：４７ｍＮ／ｍ
＜成分＞
ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ分散液（Ｂａｙｔｒｏｎ  （Ｐ）Ｐ，Ｈ．Ｃ．シュタルク社製）
２８ｇ
水                                                                      ２２ｇ
ジエチレングリコール                                                    ５０ｇ
３，５−ジメチル−１−オクチン−３−オール                          １００ｍｇ
【００２９】
図２（ｂ）に示す液体充填装置のＡ点において、通過する液体の固形分濃度、粘度、表面張力についてそれぞれ調べた。総通過液体量に対する前記固形分濃度、粘度、表面張力の変化を、図３、図４、図５にそれぞれ示す。
図３〜図５において、固形分濃度、粘度、表面張力ともに、第１の液体から第２の液体へと直線的な勾配で変化していることがわかった。また、液体供給路１６及び吐出ヘッド１２内において目詰まりは認められなかった。
本発明の液体充填装置及びこれを使用した液体充填方法を用いれば、吐出ヘッドに粘度や表面張力の強い液体を充填する際、より効果的に目詰まりを防止することができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の液体充填装置の実施の形態の一例を表す概略構成図である。
【図２】本発明の液体充填装置の実施の形態の一例を表す概略構成図である。
【図３】実施例１において液体の固形分濃度の変化を表すグラフである。
【図４】実施例１において液体の粘度の変化を表すグラフである。
【図５】実施例１において液体の表面張力の変化を表すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１，１０  液体充填装置、  ２，１２  吐出ヘッド、  ３，１３  第１液体収容部、  ４，１４  第２液体収容部、  ５  混合部、  １５  攪拌手段、  ６，１６  液体供給路、  １７，１８  切替手段、  ９，１９  脱気手段、  ２０  第３液体収容部。
【図１】
2005066452.tif 000003
【図２】
2005066452.tif 000004
【図３】
2005066452.tif 000005
【図４】
2005066452.tif 000006
【図５】
2005066452.tif 000007