(57)【要約】【課題】簡単な構成で微細パターンの塗布を可能にするエレクトロスプレー塗布装置を提供する。【解決手段】基板１０を載置するプレート部２１と、塗布液を噴霧するスプレーノズル４２を有するスプレーユニット４０と、プレート部２１とスプレーノズル４２との間に電圧を印加する電圧印加部７０と、を備え、スプレーノズル４２から噴霧された塗布液をプレート部２１に載置された基板１０に堆積させるエレクトロスプレー塗布装置１であって、スプレーユニット４０は、プレート部２１とスプレーノズル４２との間に配置されてスプレーノズル４２から噴霧された塗布液の周囲を囲み、プレート部２１側の開口サイズがスプレーノズル４２側の開口サイズより小さい樹脂製のフード部８０をさらに備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置するプレート部と、
塗布液を噴霧するスプレーノズルを有するスプレーユニットと、
前記プレート部と前記スプレーノズルとの間に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、前記スプレーノズルから噴霧された塗布液を前記プレート部に載置された基板に堆積させるエレクトロスプレー塗布装置であって、
前記スプレーユニットは、前記プレート部と前記スプレーノズルとの間に配置されて前記スプレーノズルから噴霧された塗布液の周囲を囲み、前記プレート部側の開口サイズが前記スプレーノズル側の開口サイズより小さい樹脂製のフード部をさらに備えることを特徴とするエレクトロスプレー塗布装置。
【請求項２】
基板を載置するプレート部と、
塗布液を噴霧するスプレーノズルを有するスプレーユニットと、
前記プレート部と前記スプレーノズルとの間に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、前記スプレーノズルから噴霧された塗布液を前記プレート部に載置された基板に堆積させるエレクトロスプレー塗布装置であって、
前記スプレーユニットは、前記プレート部と前記スプレーノズルとの間に配置されて前記スプレーノズルから噴霧された塗布液の周囲を囲み、前記プレート部側の開口サイズが前記スプレーノズル側の開口サイズより小さい金属製のフード部と、前記プレート部を基準に前記スプレーノズルと同極性である電圧を前記フード部に印加するフード部電圧印加機構と、をさらに備えることを特徴とするエレクトロスプレー塗布装置。
【請求項３】
前記プレート部に載置された基板と前記スプレーノズルとの間に配置され、開口部を有するマスク部と、前記プレート部に対して前記プレート部の基板を載置する面と平行な方向に前記スプレーユニット、前記フード部、および前記マスク部を同調させて相対移動させる移動機構と、をさらに備えることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のエレクトロスプレー塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に塗布液を塗布するスプレー式塗布装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１に示すようなエレクトロスプレー塗布塗布では、基板とノズルとの間にマスクを配置し、マスクの開口部が位置する部分にのみ基板への塗布液の塗布が行われる。しかし、マスクの開口径や開口幅（スリット幅）が小さい場合は、マスク表面の帯電による反発によって、ノズルからスプレーされた塗布液がマスク開口部を通過せず、開口部の外側に逃げてしまうため、マスクによる微細パターンの塗布が困難であった。そのため、スプレーの径を絞り、小さい開口を通過しやすくする必要があった。
【０００３】
スプレーの径を絞る方法として、特許文献２に示すのエレクトロスプレー塗布装置では、ノズルから噴霧された液滴の噴霧範囲を収束させる方法として、リング状の導体にノズルと同極性（帯電液滴と同極性）の電位を与え、複数のリングの径を除々に小さくして電界を絞る静電レンズの原理によって液滴の飛翔範囲を絞る方法が用いられている。その方法は、リング状の導体に電圧を印加する電源と、基板上の成膜すべき位置の基板裏側に配置した局所電極と、局所電極に、ノズルに印加する電圧と逆極性の電圧を印加する局所電極用電源からなる装置構成になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４７８９１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７５９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２のでは装置構成が複雑であり、特に基板のサイズが大きい場合は、ノズルと基板の相対的な移動で基板にパターン塗布するためには、複雑な構成のノズル側を固定し、基板側を移動させざるを得ないため、塗布装置全体の設置面積（フットプリント）が増加するという問題があった。また、リング状の静電レンズを液滴の飛翔する方向に複数多段階に設けるのは、リングによる液滴収束の作用（液滴を反発する電界の形成）が、リング毎に離散的なため、液滴を反発する電界を連続的に収束させることが困難であり、リング間隔やリングへの印加電圧の調整（電圧降下用の抵抗値の調整）の仕方によっては、スプレーの液滴が部分的にループの外側に移動する（漏れる）という問題があり、それを防ぐための調整が容易ではなかった。また、ループ状の複数のコイルをマスクや基板の近傍に設置するため、塗布の作業性が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で微細パターンの塗布を可能にするエレクトロスプレー塗布装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明のエレクトロスプレー塗布装置は、基板を載置するプレート部と、塗布液を噴霧するスプレーノズルを有するスプレーユニットと、前記プレート部と前記スプレーノズルとの間に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、前記スプレーノズルから噴霧された塗布液を前記プレート部に載置された基板に堆積させるエレクトロスプレー塗布装置であって、前記スプレーユニットは、前記プレート部と前記スプレーノズルとの間に配置されて前記スプレーノズルから噴霧された塗布液の周囲を囲み、前記プレート部側の開口サイズが前記スプレーノズル側の開口サイズより小さい樹脂製のフード部をさらに備えることを特徴としている。
【０００８】
上記エレクトロスプレー塗布装置によれば、簡単な構成でスプレー径を絞り。微細パターンの塗布を行うことが可能である。具体的には、樹脂製のフード部を設けることにより、スプレーノズルに高電圧を印加したときにスプレーノズルと対向する樹脂製のフード部の表面にノズルと同極性の電位が発生し、フード部の表面はスプレーノズルから噴霧された液滴を反発する現象が生じる。これを利用して、スプレーノズルから噴霧された液滴の流れ（以下、スプレーという）の方向を変えることができる。また、フード部の形状についてプレート部側の開口サイズがスプレーノズル側の開口サイズより小さいことにより、フード部とスプレーノズルの距離が近すぎてスプレーノズルからのスプレーの発生が妨げられることなく、スプレーの径を絞ることが可能である。
【０００９】
また、基板を載置するプレート部と、塗布液を噴霧するスプレーノズルを有するスプレーユニットと、前記プレート部と前記スプレーノズルとの間に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、前記スプレーノズルから噴霧された塗布液を前記プレート部に載置された基板に堆積させるエレクトロスプレー塗布装置であって、前記スプレーユニットは、前記プレート部と前記スプレーノズルとの間に配置されて前記スプレーノズルから噴霧された塗布液の周囲を囲み、前記プレート部側の開口サイズが前記スプレーノズル側の開口サイズより小さい金属製のフード部と、前記プレート部を基準に前記スプレーノズルと同極性である電圧を前記フード部に印加するフード部電圧印加機構と、をさらに備える構成であっても良い。
【００１０】
こうすることにより、上記と同様、簡単な構成でスプレー径を絞り、微細パターンの塗布を行うことが可能である。
【００１１】
また、前記プレート部に載置された基板と前記スプレーノズルとの間に配置され、開口部を有するマスク部と、前記プレート部に対して前記プレート部の基板を載置する面と平行な方向に前記スプレーユニット、前記フード部、および前記マスク部を同調させて相対移動させる移動機構と、をさらに備えると良い。
【００１２】
こうすることにより、基板上に任意の細線を描くことが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のエレクトロスプレー塗布装置によれば、簡単な構成で微細パターンの塗布を行うことが可能である。また、スプレーユニット側の構造が従来技術に比べて簡単になるため、基板側を固定してスプレーユニット側を移動する構成が容易に形成することができるので、大型基板に塗布する場合の装置のフットプリントが増加することがなく、装置の設置面積が小さくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態におけるエレクトロスプレー塗布装置の概略図である。
【図２】本実施形態のスプレーユニットを示す概略図である。
【図３】本実施形態に対する比較例を表した概略図である。
【図４】本実施形態に対する比較例を表した概略図である。
【図５】本実施形態のスプレーユニットによる塗布膜の形成状態を示す概略図である。
【図６】本実施形態のスプレーユニットによる塗布膜の形成状態を示す概略図である。
【図７】他の実施形態のスプレーユニットを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態におけるエレクトロスプレー塗布装置を図１および図２に示す。図１は、エレクトロスプレー塗布装置の斜視図、図２は塗布ユニット近傍の概略図である。
【００１６】
エレクトロスプレー塗布装置１は、基台２と、基板１０を載置するためのプレート部２１と、このプレート部２１に対しプレート部２１の基板載置面２１ａ（水平面）の方向にスプレーユニット４０が移動可能に構成される塗布ユニット３０とを備え、スプレーユニット４０が有するスプレーノズル４２とプレート部２１との間に高電圧を印加させることにより、いわゆるエレクトロスプレーデポジション法によりスプレーノズル４２の先端から液滴を噴霧し、基板１０上に塗布膜Ｃを形成する。具体的には、例えば、有機ＥＬ表示用の材料や、配線パターン用の導電性材料などの液状物（以下、塗布液と称す）をスプレーして塗布膜Ｃを形成する。
【００１７】
なお、以下の説明では、塗布ユニット３０が塗布動作時に主に移動する方向をＸ軸方向、これと水平面上で直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向として説明を進めることとする。
【００１８】
基台２には、その中央部分にプレート部２１が配置されている。このプレート部２１は、搬入された基板１０を載置するものである。このプレート部２１には、基板１０を載置する基板載置面２１ａと、図示しない基板保持手段が設けられており、この基板保持手段により基板載置面２１ａ上に基板１０が保持されるようになっている。具体的には、プレート部２１の基板載置面２１ａに形成された複数の吸引孔が形成されており、この吸引孔に吸引力を発生させることにより基板１０を基板載置面２１ａに吸着させて保持できるようになっている。
【００１９】
また、プレート部２１は、接地機構２２が設けられており、プレート部２１が接地される。このようにプレート部２１が接地されていれば、基板１０が基板載置面２１ａに載置されて塗布が行われる際にプレート部２１とスプレーノズル４２との間に直流電圧を印加することにより、基板１０の導電性、非導電性に関係なく基板１０の表面にスプレー塗布を行うことが可能である。
【００２０】
また、プレート部２１には、基板１０を昇降動作させる基板昇降機構が設けられている。具体的には、プレート部２１の表面には複数のピン孔が形成されており、このピン孔にはＺ軸方向に昇降動作可能なリフトピン（不図示）が埋設されている。すなわち、プレート部２１の表面からリフトピンを突出させた状態で基板１０が搬入されるとリフトピンの先端部分が基板１０に当接して基板１０を保持することができる。そして、その状態からリフトピンを下降させてピン孔に収容させることにより、基板１０を基板載置面２１ａに載置することができるようになっている。
【００２１】
塗布ユニット３０は、基板１０上に塗布液を吐出して塗布膜Ｃを形成するものである。この塗布ユニット３０は、門型形状のガントリフレーム３１と、塗布液が吐出されるスプレーユニット４０と、このスプレーユニット４０を基板１０に対して相対的に移動させる移動機構５０とを有している。
【００２２】
ここで、図２、図３を用いてスプレーユニット４０について説明する。
【００２３】
スプレーユニット４０は１つもしくは複数のスプレーノズル４２を有している。スプレーノズル４２は、供給された塗布液を噴霧状に吐出するものであり、一定量の塗布液を貯留するノズル本体４２ａと針状のニードル部４２ｂとを有しており、ニードル部４２ｂから塗布液が吐出される。ニードル部４２ｂは、微小径の筒状形状を有しており、このニードル部４２ｂがプレート部２１側に向くようにノズル本体４２ａがフレーム４１に支持されている。また、ノズル本体４２ａがシリンジポンプＰと配管で連結されており、シリンジポンプＰを作動させることによりノズル本体４２ａに塗布液が供給される。
【００２４】
そして、ニードル部４２ｂは、導線７１を介して電圧印加部７０と電気的に接続されており、電圧印加部７０が作動することによりニードル部４２ｂに電圧が印加される。また、上述したように、プレート部２１は接地機構２２によって接地されていることにより、ニードル部４２ｂとプレート部２１との間に電圧が印加されると、図３に示すようにニードル部４２ｂと基板１０との間に電界（電気力線）が生じ、ニードル部４２ｂに供給された塗布液が静電気力反発により表面張力を破壊し、塗布液がニードル部４２ｂ先端から噴霧状の液滴になり電界（電気力線）に沿って吐出され、基板１０に塗布される。
【００２５】
また、本実施形態のスプレーユニット４０は、フード部８０をさらに有している。このフード部８０はスプレーノズル４２とプレート部２１との間に位置するように設けられ、スプレーノズルから噴霧されたスプレー全体を囲む略円錐台形であり中空の樹脂製のフードであり、プレート部２１側の開口サイズがスプレーノズル４２側の開口サイズより小さい形状で、フード固定具４４によってフレーム４１に支持されている。
【００２６】
また、本実施形態ではフード部８０の上端部（スプレーノズル４２側の端部）はニードル部４２ｂの先端よりもニードル部４２ｂの根元側に位置し、ニードル部４２ｂの先端からプレート部方向に噴霧される塗布液がフード部８０の上端部側からフード部８０の外に逃げることを防止している。なお。フード部８０の下端部（プレート部２１側の端部）はニードル部４２ｂの先端とプレート部２１の間に位置している。
【００２７】
また、基板１０に微細なパターンを描画する際にはマスク部６０が用いられ、フード部８０と基板１０との間にマスク部６０が配置される。マスク部６０は、スプレーノズル４２から吐出された塗布液で形成される塗布膜Ｃの形状を制御するためのものである。マスク部６０は、平板形状の電気絶縁材で形成されており、そのほぼ中央部分に厚さ方向に貫通する開口部６１が形成されている。そして、このマスク部６０は、マスク固定具４３によってフレーム４１に支持されており、開口部６１の貫通方向がスプレーノズル４２のニードル部４２ｂに向く姿勢で固定されている。したがって、スプレーノズル４２から噴霧された塗布液は、この開口部６１を通じて基板１０に塗布されることにより、基板１０上に形成される塗布膜Ｃの形状が制御される。すなわち、開口部６１の面積を大きくすることにより基板１０上に形成される塗布膜Ｃの形状は大きくなり、開口部６１の面積を小さくすることにより基板１０上に形成される塗布膜Ｃの形状は小さくなる。
【００２８】
移動機構５０は、スプレーユニット４０をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動させるものである。すなわち、プレート部２１の基板１０を載置する面と平行な方向に移動させるものである。本実施形態では、プレート部２１のＹ軸方向両側に設けられるＸ軸直動ガイド５１とガントリフレーム３１に設けられるＹ軸直動ガイド５２とで構成されている。Ｘ軸直動ガイド５１は、プレート部２１のＸ軸方向に沿って延びて設けられており、このＸ軸直動ガイド５１のスライダとガントリフレーム３１とが連結されている。したがって、Ｘ軸直動ガイド５１を駆動制御することによりガントリフレーム３１がＸ軸方向に移動し、任意の位置で停止することができる。そして、ガントリフレーム３１のＹ軸方向に延びる部分には、Ｙ軸直動ガイド５２が設けられており、このＹ軸直動ガイド５２のスライダとスプレーユニット４０とが連結されている。したがって、Ｙ軸直動ガイド５２を駆動制御することによりスプレーユニット４０がＹ軸方向に移動し、任意の位置で停止することができる。したがって、Ｘ軸直動ガイド５１及びＹ軸直動ガイド５２を駆動制御することにより、スプレーユニット４０をプレート部２１上の基板１０に対して所定の位置に移動できるようになっている。
【００２９】
また、Ｙ軸直動ガイド５２とスプレーユニット４０とは、Ｚ軸直動ガイド５３を介して取付けられている。すなわち、Ｚ軸直動ガイド５３が駆動制御されることにより、スプレーユニット４０は、Ｚ方向位置（高さ方向位置）の移動が駆動制御され、基板１０に対して接離可能に支持されている。
【００３０】
次に、本実施形態における基板への塗布径を、比較例とともに図３乃至図５に示す。なお、プレート部２１に載置した基板１０とスプレーノズル４２との距離ｄ１は７０ｍｍである。
【００３１】
（比較例１）
図３に示すようにフード部８０を設けない場合の基板１０上の塗布膜Ｃの径は、１２０ｍｍであった。なお、この場合のスプレーノズル４２へ印加した電圧は約１１ｋＶであった。
【００３２】
（比較例２）
図４に示すようにフード部８０のプレート部２１側の開口サイズがスプレーノズル４２側の開口サイズより大きくなる（下開きと呼ぶ）ようにフード部８０を配置した。なお、この場合のスプレーノズル４２へ印加した電圧は約１６ｋＶであった。ここで、この場合のフード部８０の高さ（Ｚ軸方向の寸法）Ｈは１００ｍｍであり、基板１０からの距離ｄ２が５ｍｍとなるように配置した。また、フード部８０のスプレーノズル４２側の開口サイズＦ１は２５ｍｍ、プレート部２１側の開口サイズＦ２は７０ｍｍである。
【００３３】
この場合の基板１０上の塗布膜Ｃの径は４２ｍｍであり、フード部８０が無い場合よりも小さくなった。しかし、この場合、フード部８０がスプレーノズル４２に接近するため、スプレーノズル４２とフード部８０との間で放電が生じるなど、スプレーノズル４２先端におけるスプレーの発生が不安定になっていた。
【００３４】
（実施例）
図５に示すようにフード部８０のプレート部２１側の開口サイズがスプレーノズル４２側の開口サイズより小さくなる（上開きと呼ぶ）ようにフード部８０を配置した。なお、この場合のスプレーノズル４２へ印加した電圧は約２８ｋＶであった。ここで、この場合のフード部８０の高さ（Ｚ軸方向の寸法）Ｈは１００ｍｍであり、基板１０からの距離ｄ２が５ｍｍとなるように配置した。また、フード部８０のスプレーノズル４２側の開口サイズは７０ｍｍ、プレート部２１側の開口サイズは２５ｍｍである。
【００３５】
この場合の基板１０上の塗布膜Ｃの径は８ｍｍであり、比較例１の下開きのフード部８０の場合よりも小さくなっていた。また、この実施例のようにスプレーノズル４２側の開口サイズが大きい形状の場合、スプレーノズル４２とフードとの距離を十分確保することができるため、スプレーの発生が妨げられることなく安定して塗布を行うことができた。
【００３６】
以上より、フード部８０はスプレーを絞る効果があること、またフード部８０は、上開きの形状である方が、下開きの形状である場合よりも、スプレーが小さく絞られることが判る。
【００３７】
次に、図６のようにフード部８０が上開きの形状であり、フード部８０と基板１０との間にマスク部６０を設けた場合の塗布膜Ｃの径を測定した。ここで、マスク部６０の厚みは１ｍｍであり、基板１０とマスク部６０の間の距離ｄ３は２ｍｍ、マスク部６０とフード部８０との距離ｄ４は５ｍｍとした。この結果、マスク部６０の開口径とスプレーユニット４２への印加電圧の関係にもよるが、マスク部６０の開口径が１．０ｍｍであり印加電圧が１６ｋＶの場合に、塗布膜Ｃの径を０．２ｍｍとすることができた。なお、フード部８０が下開きの場合は、スプレーはマスク６０の上記の径の開口を通らず、マスク部６０の表面の反撥により周辺に散逸した。フードが無い場合も同様にスプレーはマスク６０の上記の径の開口を通らず、マスク部６０の表面の反撥により周辺に散逸した。
【００３８】
このように、上開き形状のフード部８０を用いて、ノズル印加電圧、フード部８０の高さ、マスク部６０の開口の径を調整することで、１ｍｍ以下の微小サイズの塗布膜Ｃを形成することができる。
【００３９】
また、移動機構５０によりスプレーユニット４０（スプレーノズル４２、マスク部６０、およびフード部８０）をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動させることによって、スプレーノズル４２、マスク部６０、およびフード部８０を相対位置関係が不変となるように同調させて移動させることが可能であるため、所定のパターンの微細線の描画が可能である。
【００４０】
次に、他の実施形態のフード部について、図７を用いて説明する。
【００４１】
この実施形態におけるフード部８１は導電性を有する金属製であり、図２の実施形態と同様に中空で上開きの円錐台形状を有している。また、フード部８１は、フード部電圧印加機構８２と電気的に接続されている。
【００４２】
そして、フード部電圧印加機構８２によりプレート部２１を基準にスプレーノズル４２と同極性である電圧（図７の例ではプラスの電圧）がフード部８１に印加された状態でスプレーノズル４２からスプレーを行うことにより、スプレー径を絞ってスプレーを行うことができる。具体的には、スプレーノズル４２からスプレーされる塗布液は、スプレーノズル４２と同極性の電位（図７の例ではプラスの電位）で帯電しており、この塗布液が同極性となっているフード部８１と反発するため、スプレーの中心軸方向に押し戻される結果、スプレー径が絞られる。
【００４３】
これに対し、図２の実施形態では樹脂といった非導電性の材料がフード部８０に用いられているが、この場合であっても、スプレーノズル４２に電圧が印加されることに起因してフード部８０内で分極が発生し、スプレーノズル４２に対向する側の表面にプラスの電荷が現れる。これによりスプレーされた塗布液とフード部８０との間で反発が生じる。
【００４４】
なお、装置構成を簡単にするため、フード部電圧印加機構８２からフード８１に与える電圧値をフード部８１の部位ごとに変化させるようなことはせず、１種類の値の電圧をフード部８１に与えるようにしている。このような構成であっても、十分にスプレー径を絞る効果を得ることができる。
【００４５】
以上のエレクトロスプレー塗布装置により、簡単な構成で微細パターンの塗布が可能である。
【００４６】
なお、上記の説明では、スプレーユニット４０に単一のスプレーノズル４２と、このスプレーノズル４２に対して設けられる単一のフード部８０および単一のマスク部６０を有する例について説明したが、スプレーユニット４０に複数のスプレーノズル４２と、それぞれのスプレーノズル４２に対して設けられた複数のフード部８０およびマスク部６０を有するものであってもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、スプレーユニット４０（スプレーノズル４２）とフード部８０とマスク部６０とが一体構造である例について説明したが、それぞれ別々の移動機構を備え、それぞれが同調して移動できるものであってもよい。ただし、上記実施形態のように、共通である方が、構成が簡素化される点で好ましい。
【００４８】
また、フード部８０は円錐台形に限らず、他の錐台（四角錐台など）の形状であっても良い。
【００４９】
また、上記実施形態ではスプレーノズル４２が基板１０の上方に配置され、下向きにスプレーする形態をとっているが、これに限らず、上向き、もしくは横向きにスプレーする形態をとっても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１  エレクトロスプレー塗布装置
２  基台
１０  基板
２１  プレート部
２１ａ  基板載置面
２２  接地機構
３０  塗布ユニット
３１  ガントリーフレーム
４０  スプレーユニット
４１  フレーム
４２  スプレーノズル
４２ａ  ノズル本体
４２ｂ  ニードル部
４３  マスク固定具
４４  フード固定具
５０  移動機構
５１  Ｘ軸直動ガイド
５２  Ｙ軸直動ガイド
５３  Ｚ軸直動ガイド
６０  マスク部
６１  開口部
７０  電圧印加部
７１  導線
８０  フード部
８１  フード部
８２  フード部電圧印加機構
Ｃ  塗布膜
Ｐ  シリンジポンプ
【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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【図７】
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