(57)【要約】    【課題】  揺動と捨て打ちを塗布作業中の最適なタイミングで実施することにより、簡単な機構で安定吐出を実現する塗布装置を提供する。    【解決手段】  液滴量検出機構部を、塗布装置内の基板固定用吸着テーブルユニットに設ける。この液滴量検出機構部は、液滴を受ける受液機構部と、その内部の液体容量の状態差（重量、液量等）を検出可能な手段、例えば、電子天秤によって構成される。【選択図】  図２
2005199111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布基板に所望量の液滴を吐出するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドの駆動電圧を制御する制御手段とを有する塗布装置において、
インクジェットヘッドから吐出する液滴量を検出する液滴量検出手段を備えたことを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
請求項１記載の塗布装置において、
前記液滴量検出手段が、検出した塗布材料の液滴量が設定した液滴量に達した時に、前記インクジェットヘッドを塗布開始位置に移動させることを特徴とする塗布装置。
【請求項３】
請求項１記載の塗布装置において、
前記液滴量検出手段を塗布基板の塗布開始位置近傍に配置したことを特徴とする塗布装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか1項に記載の塗布装置において、
前記制御手段によってインクジェットヘッドに初期電圧より段階的に規定量の電圧を印加していき、前記液滴量検出手段が液滴量の変化を検出したとき、前記変化を検出した印加電圧から、規定量の電圧を減じた電圧を揺動電圧として前記制御手段に設けてあるメモリに記憶することを特徴とする塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インクジェットヘッドを用いた塗布装置に係り、特に、インクジェットヘッドの吐出特性を維持するための機構を備えた塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット方式は、単に印字や印刷だけに止まらず、単一基板上に複数の薄膜パターンをそれぞれ異なる塗布材料で形成し、機能素子を得る技術として応用され、その技術開発が盛んに行われている。この技術で使用される塗布材料は、具体的には、インクジェット方式を利用して有機ＥＬデバイス等の表示装置における有機半導体材料や、カラーフィルタにおける着色樹脂等の薄膜材料が挙げられる。
【０００３】
上記技術で使用する塗布材料は、例えば、溶媒に高分子系素材を分散させた溶剤が使用されるが、特にその溶媒が高い揮発性を有している。そのため、インクジェット方式を上記技術を適用した場合、従来の印刷用インクに比較して、増粘が速く、そのため吐出口の目詰まりが発生しやすい問題がある。また、従来の印刷用インクに比較して粘性が低く、インクジェットヘッドにわずかな振動を与えただけで容易に液面が不安定化し、結果的に目詰りと同等となる問題も新たに発生している。
【０００４】
この様な問題を解決するために、従来のインクジェット方式では、吐出口の目詰りを防止するために、定期的に印字領域外にて捨て打ち（空吐出とも言う）を行い、吐出口内部が増粘する前にインクを排除している。また、揺動とよばれる技術が実施されている。前記揺動に関する技術として、特許文献１によれば、メニスカスの揺動信号をインク吐出信号の有無に関わらず常に印加することで、定期的な空吐出の頻度を押さえ、不要なインクの消費を低減する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１４１８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術を前記インクジェット応用技術に適用すると、キャリッジに搭載された記録ヘッドが、ガイドによって左右に移動可能に取付けてある構造の場合、記録ヘッドの移動時に揺動行っていると、その微細な振動により、吐出口付近のメニスカス（液面とも言う）が不安定となり、記録ヘッドが印字領域に到達後直ちに吐出した際、吐出不能となる場合がある。この状態で安定吐出させるためには、塗布の直前に、インクジェットヘッドから液滴を捨て打ち（空吐出とも言う）させるのが望ましいが、その機構については明示されていない。
【０００７】
また、装置周辺の温度を記録ヘッドのノズル開口面の温度または、記録ヘッド内部のインクの温度にするのが、目詰りを抑止する他の手段として開示されているが、温度検出手段や温度調節手段を組込んだ装置は、自ずと機構が複雑化し、装置コストが高くなる別の問題を生む。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題を解決し、簡単な機構で安定吐出を実現し、ひいては液滴を所定の領域に着弾させることができる装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、塗布基板に所望量の液滴を吐出するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドの駆動電圧を制御する電圧制御手段とを有する塗布装置において、インクジェットヘッドから吐出する液滴量を検出する液滴量検出手段を備えたことを特徴とする塗布装置を提供する。
【００１０】
また、前記塗布装置は、前記液滴量検出手段が、検出した塗布材料の液滴量が設定した液滴量に達したと感知した場合、前記インクジェットヘッドを塗布開始位置に移動させることを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記液滴量検出手段は、塗布基板の塗布開始位置近傍に配置していることを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記液滴量検出手段は、前記電圧制御手段によって初期電圧より規定ステップ電圧を加算しつつ前記インクジェットヘッドの吐出動作を行った後、検出した塗布材料の液滴量の重量変化を感知した場合、前記電圧制御手段がその時の前記インクジェットヘッドの駆動電圧より規定ステップ電圧を減じた印加電圧を揺動電圧として記憶することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、インクジェットヘッドに適用する揺動電圧を、揺動を実施する前に検出することにより、周辺の温度環境に適応した、効果の高い揺動を実現可能になる。また、成膜を実施する前に捨て打ちを行い、捨て打ちを実施する領域を塗布対象の近傍に設けることにより、液面不安定による吐出不良を抑止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の塗布装置を、有機ＥＬデバイス製造装置を例にし、添付図面を参照し、その実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１に本発明の塗布装置の一実施例の概略図を示す。図に示すように、架台１上には門型フレーム２が固定されている。門型フレーム２の横梁の前面中心付近には、Ｚステージ３が架台１上面と直角に固定されている。Ｚ軸ステージ３には、その前面に設けたヘッドブラケット６を上下動するためのＺ軸駆動モータ４が設けてある。このヘッドブラケット６にはインクジェットヘッド５が固定される構成となっている。なお、本実施例で使用するインクジェットヘッド５は、例えば圧電素子への電圧印加による塑性変形を利用した押出し効果で液滴を吐出させる方式のもので説明するが、印加電圧、電圧波形ならびに吐出口個別の吐出信号の入力が可能で、個別の吐出口から液滴を吐出させることが可能であるものであれば、どのような方式でも構わない。
【００１６】
門型フレーム２の図中右脚部には、塗布材料ボトル１６が、上下に垂直移動可能なボトルホルダ１７に取付けられている。また、塗布材料ボトル１６近傍には、インクジェットヘッド５内部流路を洗浄するための洗浄用溶剤が仕込まれている洗浄液ボトル１８が設けられている。これらは、図示しない供給手段によってインクジェットヘッド５への供給が可能となっており、また、適宜塗布材料と洗浄用溶剤とを切替え供給が可能となっている。
【００１７】
また、門型フレーム２の脚間の架台１の上面には、Ｘステージ９が固定されている。このＸステージ９の上面には、Ｙステージ１１が取付けてあり、このＹステージ１１はＸ軸駆動モータ１０を駆動することにより図面上において前後方向に移動するようになっている。Ｙステージ１１の上にはθ回転ユニット１３が取付けられ、このθ回転ユニット１３が、Ｙ軸駆動モータ１２を駆動することにより、図面上において左右方向に移動するようになっている。
【００１８】
θ回転ユニット１３上には吸着テーブルユニットＳ１が、架台１上面と平行に固定されている。この吸着テーブルユニットＳ１は、θ回転ユニット１３に設けてある駆動モータ（図示せず）によりθ方向に回転できるようになっている。なお、吸着テーブルユニットＳ１ならびにその周辺の構造については、図２を用いて詳細に説明する。
【００１９】
上記構成とすることで、インクジェットヘッド５と吸着テーブルユニットＳ１は、吸着テーブルユニットＳ１上に設置した塗布基板４０の表面とインクジェットヘッド５の底面（図示しない）とが互いに平行に対向しつつ、相対的にＸＹＺθ座標の移動ができる。なお、インクジェットヘッド５を駆動するＺ軸駆動モータ４の下降ストロークは、少なくともインクジェットヘッド５が吸着テーブルユニットＳ１表面に届く距離よりも大きく移動できるように設定してある。
【００２０】
塗布装置近傍には制御手段であるＰＣ（パーソナルコンピュータ）１９が設けてあり、インクジェットヘッド５の液滴吐出制御や、塗布装置全体に対する構成機器の駆動制御、状態監視等を行う。
【００２１】
図２に、吸着テーブルユニットＳ１ならびにその周辺の概略図を示す。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、吸着テーブル本体２０の上面には微細な吸引穴２１が複数設けてある。図２（ｂ）に示すように、この吸引穴２１は、エア配管２９を介して塗布装置近傍に設けられた負圧供給手段２２と連通している。これにより、塗布基板４０は吸着テーブル本体２０の上面に吸着保持される。
【００２３】
吸着テーブル本体２０側面には、インクジェットヘッド５の目詰り防止ならびに目詰り要因の排除を目的とした、クリーニング機構部２３が固定されている。クリーニング機構部２３は、その上面にインクジェットヘッド５の吐出口（図示しない）を密閉する楕円状のパッキン部材２４が設けられており、その内側に吸引口２７が設けられている。吸引口２７は、負圧供給手段２６と、廃液配管２８と、弁３１ａを介して連通しており、その間に廃液タンク２５が設けられている。インクジェットヘッド５より吸引した増粘材料等は、弁３１ａを閉じ、弁３１ｂを開き、切替え弁３２をクリーニング機構部２３側に切替え、負圧供給手段２６を作動させることによって適宜廃液タンク２５へ送られる。
【００２４】
クリーニング機構部２３の吸着テーブル本体２０への固定部近傍の吸着テーブル本体２０には、液滴量を検出するための液適量検出手段３０を備えた液滴量検出機構が設けてある。液滴量検出手段３０は、インクジェットヘッド５の吐出口が、その周縁部ごと、ほぼ隙間無く吸着テーブル本体２０上面からさらに下降可能な深さの縦穴３３の底面に配置されている。そして、その穴の底面側には規定量の液滴を蓄積できるようになっている。なお、ヘッドブラケット６下面と吸着テーブル本体２０とが当接すると、縦穴３３内は密閉されるよう、形状が調整されている。また、液滴量検出手段３０近傍で、液滴量の検出の妨げにならない位置に排出口（図示しない）が設けられ、排出口より先の配管系は、クリーニング機構部２３と共有となっている。
【００２５】
液滴量検出手段３０に蓄積した塗布材料は、弁３１ａを開き、弁３１ｂを閉じ、切替え弁３２を液滴量検出手段３０側に切替え、負圧供給手段２６を作動させることによって適宜廃液タンク２５へ送られる。
【００２６】
なお、液滴量検出手段３０は、縦溝３３内の液体容量を時系列順に二度検出した時のその差（重量、液量等）を検出可能な手段であれば良い。例えば、電子天秤等のように重量を直接計量する荷重計を用いても良いし、液面センサを用いて液面高さの差を求めて、それより重量に換算する手法でも良い。また、縦穴３３は、簡易なトレイ状体でも良いが、その際、成膜作業の妨げにならない場所へ退避可能である機構を備えてあると良い。
【００２７】
図３に、本塗布装置を用いて成膜を実施する際の動作フローチャートを示す。なお、塗布装置の各部動作は、図１、図２に基づいて説明を行う。
【００２８】
塗布装置を起動し、ＰＣ１９に成膜作業のための緒元を入力する。諸元の内容は、例えば、塗布基板４０とインクジェットヘッド５吐出口との距離（基板間距離とも言う）や、塗布基板のサイズ、塗布基板の枚数等である。そして、インクジェットヘッド５を保護するために設けてあるヘッド保護装置（図示していない）を取り外す。なお、このヘッド保護装置は、インクジェットヘッド５吐出口の乾燥による目詰りを防止するために設けてあり、ＰＣ１９からの命令により、自動的に着脱する機構でも良いし、手動でも良い。以上で塗布準備は終了する（ステップ５０）。
【００２９】
続いて、インクジェットヘッド５のクリーニングを実施する（ステップ５１）。θ回転ユニット１３により水平になるよう回転させた後、Ｘステージ９、Ｙステージ１１を駆動させ、インクジェットヘッド５をクリーニング機構部１５の真下の位置に移動し、Ｚステージ４によりインクジェットヘッド５の吐出口面とパッキン部材２４とが当接する位置まで下降させ、さらにパッキン部材２４をわずか潰し、外気との密閉性を確保する。
【００３０】
そして、負圧供給手段２６へ連通する配管系をクリーニング機構部２３となるよう切替え、負圧供給手段２６を起動させ、塗布材料ボトル１６内を負圧にする。これにより、インクジェットヘッド本体５内部のゴミ、増粘塗布材料を吸引することが可能となる。なお、この動作を実施する前に、洗浄用溶剤をインクジェットヘッド本体５内部に流し、洗浄しても良い。
【００３１】
続いて、インクジェットヘッド５に最適な揺動電圧を検出する（ステップ５２）。図４に、揺動電圧の検出動作のフローチャートを示す。このように、スタート時に搖動電圧を検出するのは、使用する温度変化やノズルの経年変化等の影響により、揺動可能電圧が変化するためである。
【００３２】
揺動電圧検出時は、インクジェットヘッド５と吸着テーブルユニットＳ１との位置関係は前記ステップ５２のまま維持する。インクジェットヘッド５の初期駆動電圧を０Ｖにし（ステップ６１）、制御手段であるＰＣ１９から、揺動電圧検出命令を送信し、インクジェットヘッド５から液滴を吐出させる。ここで、揺動電圧検出命令とは、最適な揺動を実施するための規定の初期印加電圧、電圧波形、吐出命令信号等のことであり、初期印加電圧は０Ｖ、それ以外のパラメータは成膜作業で実施する成膜命令（後述）と同等の信号である。
【００３３】
液滴の吐出の確認（ステップ６２）は、液滴量検出手段３０が液滴量の変化を検出することによって行う。すなわち、重量センサを用いている場合、重量が加わったときを吐出として検知する。液滴の吐出を検出すると（ステップ６３）、吐出検出前の電圧を揺動電圧として決定する（ステップ６５）。揺動電圧は、この時にインクジェットヘッド５に印加した駆動電圧をＶｒ、規定のステップ電圧をＶｓとすると、Ｖｒ−Ｖｓとなり、この電圧値をＰＣ１９に設けてあるメモリに記録する。なお、液滴の吐出が検出されるまで、規定のステップ電圧（印加電圧の変化量）を初期駆動電圧に追加していく（ステップ６４）、前記ステップ６２からを繰り返す。
【００３４】
続いて、インクジェットヘッド５に揺動電圧を印加して揺動を開始する。すなわち、ＰＣ１９から、揺動命令を送し、インクジェットヘッド５の吐出口液面を揺動させる。ここで、揺動命令とは、揺動を実施するための規定の印加電圧、電圧波形、吐出命令信号等であり、印加電圧は前記ステップ５３で取得した揺動電圧、それ以外のパラメータは成膜作業で実施する成膜命令（後述）と同等の信号である。これにより、インクジェットヘッド５の吐出口面の液面が微動し、吐出口内部の材料流路内で塗布材料が攪拌され、吐出口面の塗布材料の乾燥が抑制される。
【００３５】
続いて、吸着テーブルユニットＳ１に塗布基板４０を搭載する（ステップ５３）。まず、成膜前処理（図示しない）から搬送されてきた塗布基板４０を、吸着テーブルユニットＳ１上面の所定の位置に載置して、負圧供給手段２２を駆動させ、塗布基板４０を吸着固定する。その間、インクジェットヘッド５に対して、常に揺動を実施している。
【００３６】
続いて、インクジェットヘッド５の捨て打ち処理を実施する（ステップ５４）。まず、θ回転ユニット１３により水平になるよう回転させた後、Ｘステージ９、Ｙステージ１１を駆動させ、インクジェットヘッド５を液滴量検出手段３０の真下の位置に移動し、Ｚステージ４により規定の位置まで下降させる。そして、ＰＣ１９から、揺動命令の送信を解除し、捨て打ち命令を送信し、インクジェットヘッド５から液滴を吐出させる。ここで、捨て打ち命令とは、捨て打ちを実施するための規定の印加電圧、電圧波形、吐出命令信号等であり、成膜作業で実施する成膜命令（後述）と同等の信号である。
【００３７】
なお、インクジェットヘッド５から吐出する液滴量は、全吐出口からそれぞれ１０滴から２０滴分吐出するだけで良い。揺動によって、インクジェットヘッド５の吐出口の液面が微動し、不安定となっており、この状態で塗布材料を塗布すると、成膜作業開始直後に、液滴の量や着弾位置のバラツキが生じる。そのため、一定量液滴を吐出させ、成膜作業開始直後おいても正常な液滴の吐出を可能となるようにする。
【００３８】
続いて、成膜作業を実施する（ステップ５５）。塗布基板４０の塗布対象領域に対して、Ｘステージ９、Ｙステージ１１、θ回転ユニット１３を駆動させ、インクジェットヘッド５に成膜命令（成膜を実施するための規定の印加電圧、電圧波形、吐出命令信号等）を送信しながら、所定の回数往復移動、走査を行う。
【００３９】
成膜終了後、負圧供給手段２２を駆動させ塗布基板４０の吸着を解除し、成膜後処理（図示しない）へ搬送する（ステップ５６）。この作業が終了するまで、インクジェットヘッド５に対し、常に揺動を実施する。
【００４０】
ここで、規定の基板処理枚数に達し（ステップ５７）、さらにその枚数がインクジェットヘッド５のクリーニングの必要な枚数に達した（ステップ５８）ならば、クリーニング機構部２３を駆動させ、各種クリーニングを実施する。クリーニングが終了次第、前記ステップ５３からステップ５７を順に実施する。
【００４１】
規定の基板処理枚数に達すると、本塗布装置での塗布作業は終了となる。終了前に、クリーニング機構部２３を駆動させ、各種クリーニングを実施（ステップ５９）する。最後に、図示しないヘッド保護装置をインクジェットヘッド５に装着し、全ての作業は終了する。
【００４２】
なお、本実施例では、有機ＥＬデバイス製造装置を例にして説明したが、インクジェットヘッドを用いて所定の領域内に所定量の塗布材料を塗布し、高品質の画素を得るための装置であれば本発明を適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】塗布装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】塗布装置に用いる吸着テーブルユニットＳ１の概略を示す斜視図と配管系を示す側面図である。
【図３】塗布装置の動作フローチャートである。
【図４】塗布装置の動作のうち、揺動電圧の検出に関するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１…袈台、２…門型フレーム、３…Ｚ軸ステージ、４…Ｚ軸駆動モータ、５…インクジェットヘッド、６…ヘッドブラケット、９…Ｘステージ、１１…Ｙステージ、１３…θ回転ユニット、Ｓ１…吸着テーブルユニット、２３…クリーニング機構部、２７…吸引口、３０…液適量検出手段、３３…縦穴。
【図１】
2005199111.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005199111.tif 000005
【図４】
2005199111.tif 000006