(57)【要約】      （修正有）【課題】塗布装置内の雰囲気をパーティクルで汚染することなく、インクジェット吐出部の熱膨張を抑え、温度分布を均一に保つ塗布装置を提供する。【解決手段】基板を載置するステージと、インクジェット方式により塗布液を吐出する吐出部３０と、この吐出部を冷却する冷却機構を備え、前記吐出部が、前記ステージ上の基板に対して相対的に移動しつつ前記吐出部のインクジェットヘッド５０から塗布液を吐出することにより基板に塗布膜を形成する装置において、前記冷却機構は、少なくとも冷却水供給装置４１と可撓性チューブ４４とを有し、前記冷却水供給装置から前記塗布ユニットの前記可撓性チューブに冷却水を循環させることによりを前記吐出部冷却することによりパーティクルを発生させずに塗布装置内を冷却することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置するステージと、インクジェット方式により塗布液を吐出するインクジェットヘッドを有する吐出部と、前記吐出部を冷却する冷却機構とを備え、前記塗布ユニットが前記ステージ上の基板に対して相対的に移動しつつ前記吐出部のインクジェットヘッドから塗布液を吐出することにより基板に塗布膜を形成する塗布装置において、
前記冷却機構は、少なくとも冷却液供給装置と可撓性チューブとを有し、前記冷却液供給装置から前記吐出部の前記可撓性チューブに冷却液を循環させることにより前記吐出部を冷却することを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記冷却機構は吐出部外に前記冷却液供給装置が配置され、前記冷却液供給装置から前記吐出部内に可撓性チューブを配しており、前記冷却液供給装置と前記吐出部の間にコントロールバルブを設けるとともに、前記吐出部内の複数位置に温度測定器を設置し、前記温度測定器の測定値から前記コントロールバルブの開度を制御することにより前記冷却液供給装置から送液される冷却液量を調節し、吐出部内の温度を制御することを特徴する請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記可撓性チューブは２本以上から構成され、この可撓性チューブを前記吐出部の長手方向の両端から配管することにより前記吐出部内の温度分布を均一にすることを特徴とする請求項１ないし２に記載の塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドからインクを吐出して基板にインクを塗布するインクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイには、色形成の中核を成す部材としてカラーフィルタが用いられているものがある。カラーフィルタは、ガラス基板上に微細なＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色が多数並べられて形成されている。カラーフィルターの製造方法として、これら3色の任意の色を均一に塗布し、マスク露光により所定の画素パターンを得るフォトリソ法が長く利用されてきた。
【０００３】
近年、フォトリソ法で露光後除去される塗布液の無駄を排除する為、ガラス基板上に形成された多数の微細な画素部にＲ、Ｇ、Ｂの各インクをインクジェットヘッドから吐出して、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素を直接形成するインクジェット装置がカラーフィルタ製造装置として提案されている。
【０００４】
一方で、カラーＴＶなど大形画面に液晶ディスプレイの採用が進み、塗布対象とする基板の大きさが２ｍ角を越えるものもまれではなくなりつつある。そこでインクジェットヘッドでＲ、Ｇ、Ｂの画素を形成する塗布装置を用いる場合には、インクジェットヘッドを複数並べて量産に対応した短いタクトタイムで画素形成ができるように前記塗布装置は構成されている。
【０００５】
ところが、インクジェットヘッド並びに前記インクジェットヘッドを制御するインクジェット制御基板は作動時に熱を発生させるため、複数のインクジェットヘッドを連続使用すると作動時の発熱が蓄積し、吐出部の温度が高温になるという問題がある。また、インクジェットに使用するインクは温度の影響を受け易いものが主として使用されている。そのため、この様な塗布装置のインクジェットヘッドは、冷却ファンによる強制排気機構で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７３５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この様な強制排気機構は冷却ファンによる強制排気のため、塗布装置内を装置の作動により発生するパーティクルで汚染する問題が発生している。具体的には、吐出部内の各インクジェットヘッドの隙間から冷却ファンの吸引力に引かれた空気が塗布装置全体に流れ込んでいて、インクジェットヘッドから吐出された塗布液の一部が同様に冷却ファンの吸引力に引かれ、その際冷却されて固体化した状態で吐出部内部に進入し、次いで塗布装置全体へ強制排気されパーティクルとなっている。
【０００８】
また、吐出部のインクジェットヘッドや制御装置の発熱のため、連続使用する場合吐出部の内部温度が高くなる。この温度上昇による吐出部の熱膨張の結果、塗布品質が低下するというものがある。さらに、上述の強制排気とインクジェット制御基板の発熱のため吐出部内部の温度分布が悪くなり、その影響により塗布液貯蔵タンク内及び配管中の塗布液の特性が不均一になるという問題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これら問題を解決する為、本発明の塗布装置は、基板を載置するステージと、インクジェット方式により塗布液を吐出するインクジェットヘッドを有する吐出部と、前記吐出部を冷却する冷却機構とを備え、前記塗布ユニットが前記ステージ上の基板に対して相対的に移動しつつ前記吐出部のインクジェットヘッドから塗布液を吐出することにより基板に塗布膜を形成する塗布装置において、前記冷却機構は、少なくとも冷却液供給装置と可撓性チューブとを有し、前記冷却液供給装置から前記吐出部の前記可撓性チューブに冷却液を循環させることにより前記吐出部を冷却することを特徴としている。
【００１０】
この構成により、前記吐出部のインクジェットヘッドが吐出中に発熱しても冷却装置により発熱した熱が吐出部に滞留せず、塗布装置外に排熱されることを可能にしている。また冷却装置は液冷循環式であるので、吐出部の熱を吐出部外部に排熱する際にパーティクルの発生を抑えることができる。
【００１１】
また、本発明の塗布装置は、前記冷却機構は吐出部外に前記冷却液供給装置が配置され、前記冷却液供給装置から前記吐出部内に可撓性チューブを配しており、前記冷却液供給装置と前記吐出部の間にコントロールバルブを設けるとともに、前記吐出部内の複数位置に温度測定器を設置し、前記温度測定器の測定値から前記コントロールバルブの開度を制御することにより前記冷却液供給装置から送液される冷却液量を調節し、吐出部内の温度を制御することを特徴としている。
【００１２】
この構成により、インクジェットヘッドが比較的狭い空間に配置されている吐出部においても冷却液を循環させ排熱を行うことができる配管を実現することができる。また、吐出部の複数の位置に温度測定器を設置することにより、より正確な温度制御を可能にしている。
【００１３】
さらに、本発明の塗布装置に含まれる冷却機構は、２本以上の可撓性チューブから構成され、この可撓性チューブを前記吐出部の長手方向の両端から配管することにより前記吐出部内の温度分布を均一にすることを特徴とする請求項１ないし２に記載の塗布装置。
【００１４】
この構成により、塗布巾２ｍを超える大形基板を対象とする塗布装置においても、温度変化を最小限度に制御することを可能にしている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の塗布装置はよれば、塗布液によるパーティクルによる汚染の拡散や吐出部内の制御基板等からの発熱による吐出部への影響を実用上問題の無いレベルに抑制することが可能となり、塗布品質の安定した塗布基板を製作することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の塗布装置の全体図である。
【図２】本発明の塗布装置における吐出部の冷却構成の詳細図である。
【図３】本発明の塗布装置における吐出部内の熱源であるインクジェットヘッドの冷却を示す図である。
【図４】本発明の塗布装置における吐出部内の温度制御フロー図である。
【図５】本発明の塗布装置の基板の搬入、塗布、搬出のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の塗布装置に係わる実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１８】
塗布装置１は、基板上１０に塗布液を吐出するものであり、基板１０を載置ためのステージ２１と、このステージ２１に対し特定方向に移動可能に構成される吐出部３０とを備えており、さらにこの吐出部３０を冷却する冷却機構４０を備えている。
【００１９】
前記ステージ２１は、ロボット等の搬入手段（不図示）により搬入された基板１０をその表面に載置して保持するものである。このステージには、その表面に開口する複数の吸引孔（不図示）が形成されており、これらの吸引孔と真空ポンプ（不図示）とが連通して接続されている。そして、ステージ２１の表面に基板１０が載置された状態で真空ポンプ（不図示）を作動させると、吸引孔に吸引力が発生し基板１０がステージ２１の表面に吸引されて基板１０を吸着保持出来る様になっている。またステージ２１には基板１０を昇降動作させる基板昇降機構（不図示）が設けられており、このピン孔（不図示）には昇降動作可能なリフトピン（不図示）が埋設されている。そして、ステージ２１の表面に基板１０を載置した状態でリフトピンを上昇させることにより、リフトピンの先端部分が基板１０に当接し、複数のリフトピンの先端部分で基板１０を所定の高さに位置に保持出来るようになっている。これにより、基板１０との接触部分を極力抑えて保持することができ、基板を損傷させることなくスムーズに交換出来るようになっている。
【００２０】
次に、吐出部３０は、基板上１０に塗布液を吐出するものである。この吐出部３０は門型に構成され、ステージ２１の上部に空間を確保することにより吐出部３０が基板１０上を走査することを可能にしている。吐出部３０を構成する門型の桁部には、塗布液を塗出する複数のインクジェットヘッド５０と、これら複数のインクジェットヘッド５０を制御する複数の制御基板（不図示）とインクジェットヘッド５０から吐出するインクを一次的に貯蔵するタンク（不図示）が設置されている。さらに、吐出部３０を構成する門型の2箇所の門柱部それぞれはリニアモーターと機械的に結合され、リニアモーターで吐出部３０を駆動制御することにより、吐出部３０が基板上１０を走査しながら吐出部３０に設けられているインクジェットヘッド５０から塗布液が吐出されるようになっている。ここで、本実施例ではステージ２１は固定であり吐出部３０がステージ２１上に吸着固定された基板１０上を走査する構成となっているが、吐出部３０が固定され、ステージ２１がリニアモーターを含む直線駆動機構で走査する構成としても構わない。
【００２１】
冷却機構４０は、冷却水供給装置４１と冷却水供給装置４１から吐出部３０間に冷却水を循環させる冷却配管４２と温度制御による冷却水量を制御するコントロールバルブ４３ａ、４３ｂ及び２本以上のフレキシブルチューブ４４から構成される。冷却配管４２は、吐出部３０の長手方向の両端から接続されており、冷却配管４２は長手方向の片側から逆側への一方向の配管だけでなく、両端から交互配管によりＲ側からＬ側への配管４２ａとＬ側からＲ側への配管４２ｂとなっている。つまり両端から冷却水を循環させることにより温度バランスを良くすることが出来る。冷却水供給装置４１は塗布装置１が設置される工場から冷却水を供給され、冷却機構４０に冷却水を供給するものである。冷却水供給装置４１はポンプ等の重量物を含んでいる為、吐出部３０に組み込むことは吐出部３０の走行性能に余分な負荷を与えることになり、走査中の振動や走査ムラを引き起こす要因となる。そのため、冷却水供給装置４１は吐出部３０と切り離して設置されるが、冷却配管４２が最短になる様な塗布装置１の周辺に設置することが好ましい。
【００２２】
吐出部３０内部においては、吐出部３０に接続された冷却配管４２ａ、４２ｂが複数のフレキシブルチューブ４４へと接続され、このフレキシブルチューブ４４は熱源となる制御基板及びインクジェットヘッド５０付近を通過させる様に配置されている。フレキシブルチューブ４４は後述する可撓性材料で構成されているので、自在に経路を変更することができる。図３はインクジェットヘッド５０付近でのフレキシブルチューブ４４の配管を示すものである。インクジェットヘッド５０は取り付け面５１で固定されており、取り付け面５１にインクジェットヘッド５０で発熱した熱が伝熱される。従ってフレキシブルチューブ４４は取り付け面５１に接触するか又はその近傍を通過させる様に配置されている。
【００２３】
ここで、フレキシブルチューブ４４は、例えば合成ゴムもしくはシリコン製熱交換チューブを使用することが好ましい。吐出部３０内を通過させるためチューブ径は３０ｍｍ以下とすることが必要であり、吐出部３０内のレイアウトによってはこれよりも細いことが望ましい。ただし、チューブ内を通過する冷却液の熱容量および送液時の圧力損失を考慮して、使用する液により下限が決定される。また、フレキシブルチューブ４４の肉厚は、熱交換効率を考慮して2ｍｍ以下にすることが必要である。フレキシブルチューブ４４の吐出部３０内への固定方法は特に指定しないが、固定金具などを配置するスペースが無い場合はタイマウントや塗布ユニット３０内の他の配管などに、結束バンド等にて固定しても構わない。また、冷却効率を上げるためには、敷設本数を増やし、並列配置することが望ましい。
【００２４】
冷却配管４２ａ、４２ｂおよびフレキシブルチューブ４４は内部に液体を有するので、この液が制御基板に漏れると制御基板の破損を引き起こす。よって、フレキシブルチューブ４４は吐出部３０内で一切の接続等を行わなず、流入側から流出側まで連続したチューブが使用されている。
【００２５】
温度測定器４５ａは吐出部３０の中央付近が最も放熱効率が悪く温度が高くなるので、前記吐出部３０内部の中央の内側に少なくとも1個取り付けることが好ましい。吐出部３０の設計やレイアウトに応じて前記中央部を含む複数個の温度測定器を取り付けることも可能である。温度測定器４５ａは本実施令の場合熱電対が使用されているが、非接触方式を含めその他の温度測定器を使用することも可能である。温度制御は図４に示すフローチャートに従って行われる。温度測定器４５ａで測定された温度情報は温度調節制御器４５ｂの種類に応じてデジタル化またはアナログ信号のまま温度調節制御器４５ｂの送信され、温度調節制御器４５ｂに予め設定された基準値と比較され、その比較結果に基づきコントロールバルブ４３ａ、４３ｂの開度を調節する信号を発信する。本実施例ではコントロールバルブ４３ａ，４３ｂの開度調節は、温度調節制御器４５ｂからのアナログ出力によりＰＩＤ制御にて実施している。ＰＩＤ制御によりなめらかに開度の調節が出来る。
【００２６】
一方、冷却水供給装置４１は一定温度の冷却液を定量的に供給する。冷却液は水またはその他の液が使用できるが、引火性は発火性のある液は好ましくない。また、配管やチューブを損傷する可能性のある腐食性液体も好ましくない。
【００２７】
次に、基板の搬入、塗布、搬出方法について図５のフローチャートを用いて記載する。
【００２８】
まず、ステージ２１のリフトピン（不図示）を上昇させ（ステップＳ１）、次にステップＳ２によりロボットなどの搬入装置によって基板１０をステージ２１に載置する。基板１０がステージ２１のリフトピン上に積載された後、搬入装置を待避する（ステップＳ３）。次にリフトピン（不図示）を下降させ（ステップＳ４）、ステージ２１の吸着孔に真空ポンプにより吸引力を発生し、基板１０を吸着する（ステップＳ５）。次に、吐出部３０を所定方向に基板１０上を走査しながら、インクジェットヘッド５０よりインクを吐出させる（ステップＳ６）。吐出部３０は予め設定された回数の往復運動を行いながら（ステップＳ７）、基板にインクを吐出してカラーフィルタを形成する。吐出動作終了後、吐出部３０を基板１０の上昇動作と干渉しない位置まで待避する（ステップＳ８）。ステージ２１の吸着孔に圧縮空気などのガスを供給し、基板１０とステージ２１の真空吸着を解除する（ステップＳ９）。次いでリフトピンを上昇させ（ステップＳ１０）、ロボット（不図示）などの搬出装置でリフトピン上の基板１０を受け取り、下流装置に基板を払い出す（ステップＳ１１）。そして、生産予定枚数の基板に塗布膜が形成されたか否かが確認され（ステップＳ１２）、予定枚数に達した場合、一連の動作が完了する。
【００２９】
本実施例においては、吐出部３０の吐出手段としてインクジェット方式のヘッドを使用したが、本発明はインクジェット方式以外の複数の独立吐出手段により基板上に塗布液を吐出する装置に適用できる。例えば、基板上の微細スロットに連続的に塗布液を吐出する塗布装置などに適用が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１      塗布装置
１０    基板
２１    ステージ
３０    吐出部
４０    冷却機構
４１    冷却水供給装置
４２    冷却配管（４２ａ、４２ｂ）
４３    コントロールバルブ（４３ａ、４３ｂ）
４４    フレキシブルチューブ
４５    温度測定器
４５ａ  温度調節制御器
５０    インクジェットヘッド
５１    インクジェットヘッド取り付け面
【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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