JP2008068190A - 液滴吐出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出量の差が分散できる液滴吐出方法を提供する。
【解決手段】多数のオリフィス11を線上に配列した吐出ヘッド3と、オリフィス11から吐出された液滴を着弾してドット列を形成する被着体31と、吐出ヘッド3と被着体31を相対的に往復移動する移動手段を備え、吐出ヘッド3上のオリフィス11をその配列方向に沿って順番に複数のグループに分け、グループ毎にオリフィス11から液滴を吐出するようにしており、吐出ヘッド3のグループの順番とは異なる順番でドット列が被着体31上に形成されるように、移動手段により吐出ヘッド3と被着体31とを相対的に移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は液滴吐出装置の液滴吐出方法に係り、特にインクジェット方式の液滴吐出方法に関するものである。

インクジェット方式はオリフィスから必要なときに液滴を吐出できることから、任意のパターンを容易に形成でき、しかも無駄に排出される溶液が少ないため環境面からも有利である。

このインクジェット方式による液滴吐出装置の応用例として、液晶表示装置のカラーフィルタ製造技術がある。このカラーフィルタは一般には、現像、露光、エッチングなどの多くのフォトリソグラフィ工程をＲ，Ｇ，Ｂの３色毎に繰返すことによって製造していたため、多くのプロセスが必要であった。これに対してインクジェット方式でカラーフィルタを製造する場合、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のインクを各インクジェットヘッドに充填し、必要な位置に必要な量だけインクを吐出して、硬化させるだけで製造できる。

また液晶表示装置では、２枚の液晶基板の間隔を一定に維持するため、微粒子状のスペーサを液晶基板の間に配置している。従来はスプレー式散布装置などを用いてスペーサを液晶基板上に散布していたが、この方法はスペーサが不均一に散布され易く、液晶基板の間隔を一定に維持できず、表示品質の低下を招く。

このような欠点を解消するため、インクジェット方式による液滴吐出装置でスペーサを含有した塗布液を液晶基板上に吐出して、スペーサを付着することが行なわれている。この液滴吐出装置によれば、所定の位置にスペーサを配置することができ、また多数のオリフィスを有する吐出ヘッドを用いれば、多数の指定位置に同時にスペーサを配置することができ、生産効率が良好である。

インクジェット方式によるスペーサ塗布に関しては、下記の特許文献を挙げることができる。

特開平１１−２４０８７３号公報

ところでこの種の液滴吐出装置は多数のオリフィスを列設した吐出ヘッドが用いられているが、オリフィス間、例えば吐出ヘッドの上流部と中間部と下流部のオリフィスの間で液滴吐出量に差が出ることがある。そのため前記カラーフィルタを製造する場合、オリフィス間の液滴吐出量の差がインク濃度差として現れ、表示パネル上にスジムラが形成されることがある。

また前記スペーサ塗布の場合、液と共に吐出されるスペーサの個数は吐出量にほぼ比例するから、吐出量の差はスペーサ個数のバラツキとして現れ、液晶基板を貼り合わせた際にギャップに差が生じることがある。このギャップの差は表示パネル上において色ムラやスジムラとして現れ、液晶表示装置の品質低下を招く。

本発明の目的は、液滴吐出量の差が分散できる液滴吐出方法を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、
多数のオリフィスを直線上に配列した吐出ヘッドと、
その吐出ヘッドのオリフィスから吐出された液滴を着弾して前記オリフィスの配列方向に沿ってドット列を形成する被着体と、
前記吐出ヘッドと被着体とを前記オリフィスの配列方向ならびにその配列方向と直交する方向に沿って相対的に往復移動する移動手段とを備え、
前記移動手段により前記吐出ヘッドと被着体とを相対的に移動させて、前記オリフィスから液滴を吐出して前記被着体上にドット列を形成する液滴吐出方法において、
前記吐出ヘッド上のオリフィスをその配列方向に沿って順番に複数のグループに分けて、そのグループ毎にオリフィスから液滴を吐出するようにしており、
前記吐出ヘッドのグループの順番とは異なる順番で前記ドット列が前記被着体上に形成されるように、前記移動手段により前記吐出ヘッドと被着体とを相対的に移動させて前記オリフィスから液滴を吐出することを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は、
多数のオリフィスを直接上に配列した吐出ヘッドと、
その吐出ヘッドのオリフィスから吐出された液滴を着弾して前記オリフィスの配列方向に沿って延びるドット列を前記オリフィスの配列方向と直交する方向に多数並設する被着体と、
前記吐出ヘッドと被着体とを前記オリフィスの配列方向ならびにその配列方向と直交する方向に沿って相対的に往復移動する移動手段とを備え、
前記移動手段により前記吐出ヘッドと被着体とを相対的に移動させて、前記オリフィスから液滴を吐出して前記被着体上にドット列を形成する液滴吐出方法において、
前記吐出ヘッド上のオリフィスをその配列方向に沿って複数のグループに分けて、そのグループ毎にオリフィスから液滴を吐出するようになっており、
前記吐出ヘッドのグループの順番とは異なる順番で前記ドット列が形成され、
かつ、隣り合う前記ドット列の配列方向と直交する方向のドット部分が、前記吐出ヘッドの異なるグループによって形成されるように、
前記移動手段により前記吐出ヘッドと被着体とを相対的に移動させて前記オリフィスから液滴を吐出することを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段または第２の手段において、
前記被着体が液晶基板であって、その２枚の液晶基板の隙間を維持するためのスペーサ粒子を含有した液滴を前記オリフィスから前記液晶基板の表面に向けて吐出することを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、被着体上での液滴吐出量の差が分散でき、良好な液滴の吐出が可能となる。

次に本発明の実施形態を図と共に説明する。図１０は本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の全体の概略構成図、図１１はその装置に搭載する吐出ヘッドの一部拡大断面図である。

液滴吐出装置は図１０に示すように、マザー基板１を保持する基板ホルダー２がＹ方向に往復移動可能に設置され、マザー基板１の上方に吐出ヘッド３がＺ方向に往復移動可能に設置されている。

吐出ヘッド３はＺ方向の移動ガイド５を介してＸ方向の移動ガイド４に支持されているとともに、フレキシブルな溶液供給パイプ６を介して溶液タンク（図示せず）に接続されている。吐出ヘッド３の待機位置にヘッド保全部７が設けられている。

吐出ヘッド３は図１１に示すような断面構造を有している。図中の１１はオリフィス、１２は加圧室、１３は振動板、１４は圧電素子、１５ａ，１５ｂは信号入力端子、１６は圧電素子固定板、１７は共通塗布液供給管１８と加圧室１２に連通して加圧室１２への塗布液の流入を制御するリストリクタ、１８は共通塗布液供給管、１９はフィルタ、２０は振動板１３と圧電素子１４を接着する接着剤、２１はリストリクタプレート、２２は加圧室プレート、２３はオリフィスプレート、２４は振動板１３を補強する支持板、２５はハウジング、２６はフィルタプレートである。

スペーサ微粒子を混合分散した塗布液は吐出ヘッド３の上流側から下流側へ向かって流れ、共通塗布液供給管１８の途中で、フィルタ１９を通過して、リストリクタ１７、加圧室１２、オリフィス１１の順に流れる。圧電素子１４は信号入力端子１５ａ，１５ｂ間に電圧が印加れたときに伸縮し、電圧を印加しないと元の状態に戻る。この圧電素子１４の変形により加圧室１２内の塗布液に圧力が加わり、オリフィス１１からスペーサ微粒子を含有した液滴が吐出する。

吐出ヘッド３は図１０に示すようにＸ方向移動ガイド４ならびにＺ方向移動ガイド５に沿ってＸ方向ならびにＺ方向に移動でき、さらに基板ホルダー２上のマザー基板１はＹ方向に移動できるから、ヘッド駆動制御部（図示せず）からの信号に基いてマザー基板１上の任意の位置にスペーサ微粒子を含有した塗布液を吐出することができる。吐出ヘッド３のＸ方向とＺ方向の移動ならびにマザー基板１のＹ方向の移動は、それぞれエンコーダ付きのモータ（図示せず）によってなされる。

図１２は、吐出ヘッド３とスペーサを付着する液晶用カラーフィルタ基板３１との関係を示す平面図である。この基板３１は、ガラス板からなる大きなマザー基板１（図１０参照）上に所定の間隔をおいて複数区画形成されている。同図に示すように基板３１の表面にはＲ，Ｇ，Ｂの画素セル３２が規則正しく成形されている。各画素セル３２を分割するように網目状に遮光膜３３が形成され、遮光膜３３の交叉部分に複数個（例えば３〜５個）のスペーサ微粒子からなるスペーサ集合体３４が付着している。

吐出ヘッド３上に多数のオリフィス１１がＰ１のピッチで一直線上に形成されているのに対して、基板３１上に付着されるスペーサ集合体３４のピッチＰ２は液晶表示装置の種類などによって、オリフィス１１のピッチＰ１と異なることがある。その場合吐出ヘッド３の傾斜角度θを調整して、スペーサ集合体３４のピッチＰ２に合わせている。

吐出ヘッドの上流部、中間部、下流部などで吐出量に差が出て、その差に基いて表示品質が低下するなどの問題がある。本発明はこの問題点を解消するため、吐出ヘッドによる分散吐出方式を採用した。

図１と図２は、その第１実施形態を説明するための図である。図１は吐出ヘッド上の分割領域を示す図であり、本実施形態は吐出ヘッド３上に１２８個のオリフィスが直線上に設けられている例を示しており、このオリフィス群は図１に示すように、オリフィスの配列方向に沿ってＡ〜Ｄの４つのグループに等分され、各グループのオリフィスの数は夫々３２個である。各グループでのオリフィスＮｏ．を示せば下記の通りである。オリフィスＮｏ．は同図に示すように、吐出ヘッド３の図に向かって左側から右側に向けて順番に付した番号である。

Ａグループ：オリフィスＮｏ．１〜３２
Ｂグループ：オリフィスＮｏ．３３〜６４
Ｃグループ：オリフィスＮｏ．６５〜９６
Ｄグループ：オリフィスＮｏ．９７〜１２８
図２（ａ）と（ｂ）は各オリフィスで液滴を吐出する手順を説明するための図であり、図（ａ−１）〜（ａ−４）はその手順を往路と復路に分けてオリフィスグループ単位で示した図、同図（ｂ−１）〜（ｂ−４）はその手順を往路と復路に分けてオリフィスＮｏ．で示した図である。なお、同図（ｂ−１）〜（ｂ−４）は基板塗布領域左端部の一部を示している。

図２（ａ−１）において、図示している基板３１よりも左側部分は、それより外れたマザー基板１の部分３５であり、最初はその外れた部分３５から基板３１の左端部にかけてスペーサ集合体３４を塗布する。同図（ａ−１）中のＸ方向とＹ方向は、図１０に示すＸ方向とＹ方向と符合しており、本実施形態の場合は吐出ヘッド３のＸ方向への２回の往復移動により、基板３１の所定領域に液滴を塗布する例を示している。

なお同図（ａ）中の「Ａ」〜「Ｄ」のアルファベットは図１に示すオリフィスのグループを示しており、「１」，「２」は往復の回数を示し、その数の右上にダッシュが付いていないものは往路時の塗布を示し、ダッシュが付いているものは復路時の塗布を示している。同図（ｂ）中の数字は、塗布に関与したオリフィスＮｏ．を示している。このことは後述の他の実施形態においても同じである。

１回目のスタート時は図２（ａ−１）に示すように、ＡグループからＣグループまでの各オリフィス（オリフィスＮｏ．１〜９６）が前述の外れた部分３５と対向し、Ｄグループの各オリフィス（オリフィスＮｏ．９７〜１２８）が基板３１の左端の一部分と対向するように吐出ヘッド３が配置される。図３は、基板３１に対する吐出ヘッド３のスタート時の配置状態を示している。

この状態で１個おきの奇数番号のオリフィス（オリフィスＮｏ．１，３，・・・，１２７）から液滴を吐出する。そのため図２（ｂ−１）に示されているように、基板３１上にはオリフィスＮｏ．９７，９９，・・・１２７から吐出されたスペーサ集合体３４が着弾されて、Ｙ方向において１画素おきに無塗布部分３６が形成される。吐出ヘッド３は図３に示すようにＸ方向に移動しながら１画素おきに前述の塗布がなされ、その結果Ｘ方向においても１画素おきに無塗布部分３６が形成される。図２（ａ−１）と（ｂ−１）は１回目往路の塗布状態を示している。

このようにして１回目往路の塗布が終了すると、吐出ヘッド３をその位置から基板３１に対してＸ方向に１列分、Ｙ方向に２グループ分移動して、図３に点線の矢印で示すように吐出ヘッド３を復路方向に移動しながら、塗布した画素の下側に塗布しつつ１回目の復動を行なう。図２（ａ−２）と（ｂ−２）は１回目復路の塗布状態を示しており、図２（ｂ−２）に示しているように、１回目往路で既に塗布したオリフィスＮｏ．９７，９９，・・・１２７の下側にオリフィスＮｏ．３３，３５，・・・６３の塗布を行なう。

このようにして１回目復路の塗布が終了すると、吐出ヘッド３をその位置から基板３１に対してさらにＸ方向に１列分、Ｙ方向に２グループ分移動して、吐出ヘッド３を往路方向に移動しながら１画素おきに前述と同様に塗布を行なう。図２（ａ−３）と（ｂ−３）は、２回目往路の塗布状態を示している。

このようにして２回目往路の塗布が終了すると、吐出ヘッド３をその位置から基板３１に対してさらにＸ方向に１列分、Ｙ方向に２グループ分移動して、吐出ヘッド３を復路方向に移動しながら１画素おきに前述と同様に塗布を行なう。図２（ａ−４）と（ｂ−４）は２回目復路の塗布状態を示している。

この吐出ヘッド３の２回の往復移動が終了すると図３に示す基板３１の左端部の塗布が終了するから、吐出ヘッド３をその吐出ヘッド３の塗布領域分だけＹ方向に移動して（一点鎖線で表示）、前述と同様に２回の往復移動を行なう。なお、図２（ａ−４）の状態では所々に無塗布部分３６が残っているが、この無塗布部分３６は次の吐出ヘッド３の往復移動時に塗布されて無塗布部分３６ではなくなる（後述の図４参照）。この吐出ヘッド３の往復移動と塗布領域分だけのＹ方向の移動を数回繰返しながら、基板３１の全面にスペーサ集合体３４を着弾させる。

図４は、このようにして塗布が終了した後の基板３１の塗布状態（一部）を示す図である。前述のように吐出ヘッド３と基板３１を相対的にＸ，Ｙ方向に移動しながら液滴を吐出すると、図４に示すように例えば「Ａ−２′」の領域（ドット部分）と隣接する周囲には「Ｃ−２」，「Ａ−１」，「Ｃ−１′」，「Ａ−１」，「Ｃ−２」，「Ｄ−１」，「Ｂ−１′」，「Ｄ−１」の領域（ドット部分）が形成され、互いに異なるオリフィスグループによってドット部分が形成されるから、液滴重量の差（すなわちスペーサ個数の差）が基板３１の全面においてランダムに分散されることになる。

図５は、本発明の第２実施形態を説明するための図である。本実施形態もオリフィス群がそれの配列方向に沿ってＡ〜Ｄの４つのオリフィスグループに等分されている（図１参照）。

図５（ａ−１）〜（ａ−４）は各オリフィスで液滴を吐出する手順をオリフィスグループ単位で示した図であり、往路と復路を一緒に記載している。また図５（ｂ）は塗布が終了した後の基板３１の一部をオリフィスＮｏ．で示した図である。この実施形態の場合、往路ならびに復路で３画素おきに塗布し、往路と復路の切替時には基板３１に対して吐出ヘッド３をＹ方向に２グループ分、Ｘ方向に１列分移動して、４回の往復操作を繰返すことにより、図５（ａ−４）ならびに図５（ｂ）に示すようなランダムな塗布状態にする。

図６は、本発明の第３実施形態ならびに第４実施形態で使用する吐出ヘッド上の分割領域を示す図であり、吐出ヘッド３上に１２８個のオリフィスが直線上に設けられており、このオリフィス群はオリフィスの配列方向に沿ってＡ〜Ｈの８つのグループに等分され、各グループのオリフィスの数は夫々１６個である。各グループでのオリフィスＮｏ．を示せば下記の通りである。

Ａグループ：オリフィスＮｏ．１〜１６
Ｂグループ：オリフィスＮｏ．１７〜３２
Ｃグループ：オリフィスＮｏ．３３〜４８
Ｄグループ：オリフィスＮｏ．４９〜６４
Ｅグループ：オリフィスＮｏ．６５〜８０
Ｆグループ：オリフィスＮｏ．８１〜９６
Ｇグループ：オリフィスＮｏ．９７〜１１２
Ｈグループ：オリフィスＮｏ．１１３〜１２８
図７（ａ−１）〜（ａ−４）は本発明の第３実施形態において各オリフィスで液滴を吐出する手順をオリフィスグループ単位で示した図であり、往路と復路を一緒に記載している。また図７（ｂ）は塗布が終了した後の基板３１の一部をオリフィスＮｏ．で示した図である。この実施形態の場合、Ｙ方向に３画素おきに、すなわちオリフィスＮｏ．で示すと例えば図７（ｂ）に示す如くオリフィスＮｏ．１１３，１１７・・・のように、また往路ならびに復路で１画素おきに塗布し、往路と復路の切替時には基板３１に対して吐出ヘッド３をＹ方向に４グループ分、Ｘ方向に１列分移動して、４回の往復操作を繰返すことにより、図７（ａ−４）ならびに図７（ｂ）に示すようなランダムな塗布状態にする。

図８（ａ−１）〜（ａ−４）ならびに図９（ａ−５）〜（ａ−８）は本発明の第４実施形態において各オリフィスで液滴を吐出する手順をオリフィスグループ単位で示した図であり、往路と復路を一緒に記載している。また図９（ｂ）は塗布が終了した後の基板３１の一部をオリフィスＮｏ．で示した図である。この実施形態の場合、Ｙ方向に３画素おきに、また往路ならびに復路で３画素おきに塗布し、往路と復路の切替時には基板３１に対して吐出ヘッド３をＹ方向に４グループ分、Ｘ方向に１列分移動して、８回の往復操作を繰返すことにより、図９（ａ−８）ならびに図９（ｂ）に示すようなランダムな塗布状態にする。

吐出ヘッド上でのオリフィスの数、グループの区分けの数ならびに基板上での吐出ヘッドの往復回数などは、前記実施形態に限定されるものではなく、適宜選択可能である。オリフィス群を小区分にして往復回数を増やせば、各グループ間のオリフィスによる吐出量の差はさらに分散されて、吐出量の差が目立たなくなる。

実施形態では例えば図９（ｂ）に示すよう吐出ヘッドの往路時ならびに復路時とも奇数番号のオリフィスを使用したが、例えば吐出ヘッドの往路時に奇数番号のオリフィスを使用し、復路時に偶数番号のオリフィスを使用することも可能である。また、吐出ヘッドの複数回の往復操作において、前半の往復操作は奇数番号のオリフィスを使用し、後半の往復操作は偶数番号のオリフィスを使用することも可能である。

実施形態では吐出ヘッドの傾斜角度θ（図１２参照）を比較的大きくして１個おき（第１，２実施形態）または３個おき（第３，４実施形態）のオリフィスを使用したが、吐出ヘッドの傾斜角度θを比較的小さくして全オリフィスを吐出に使用すると、吐出ヘッドの使用効率を高めて、塗布時間の短縮を図ることが可能である。

実施形態では吐出ヘッドをＸ，Ｚ方向に移動し、基板をＹ方向に移動したが、本発明はこれに限定されるものではなく、吐出ヘッドまたはマザー基板の一方を互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向の３方向に移動することも可能である。

実施形態では固体微粒子を混合分散した塗布液を吐出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、固体微粒子を含有しない塗布液を吐出する場合にも適用可能である。

また前記実施形態では液晶表示装置の製造の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばエレクトロルミネッセンスの製造など他の技術分野においても適用可能である。

本発明の第１実施形態ならびに第２実施形態に使用する吐出ヘッド中のオリフィスのグループ分けを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る液滴吐出の手順を説明するための図である。 本発明の各実施形態での吐出ヘッドの移動を説明するための図である。 本発明の第１実施形態において塗布が終了した後の基板の塗布状態（一部）をオリフィスグループで示した図である。 本発明の第２実施形態に係る液滴吐出の手順を説明するための図である。 本発明の第３実施形態ならびに第４実施形態に使用する吐出ヘッド中のオリフィスのグループ分けを示す図である。 本発明の第３実施形態に係る液滴吐出の手順を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係る液滴吐出の手順を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係る液滴吐出の手順を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の全体の概略構成図である。 その液滴吐出装置に搭載する吐出ヘッドの一部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る吐出ヘッドとスペーサを付着する液晶用カラーフィルタ基板との関係を示す平面図である。

符号の説明

１：マザー基板、２：基板ホルダー、３：吐出ヘッド、４：Ｘ方向移動ガイド、５：Ｚ方向移動ガイド、６：溶液供給パイプ、７：ヘッド保全部、１１：オリフィス、１２：加圧室、１３：振動板、１４：圧電素子、１５：信号入力端子、１６：圧電素子固定板、１７：リストリクタ、１８：共通塗布液供給管、１９：フィルタ、２０：接着剤、２１：リストリクタプレート、２２：加圧室プレート、２３：オリフィスプレート、２４：支持板、２５：ハウジング、２６：フィルタプレート、３１：液晶用カラーフィルタ基板、３２：画素セル、３３：遮光膜、３４：スペーサ集合体、３５：外れた部分、３６：無塗布部分。

Claims (3)

1. 多数のオリフィスを直線上に配列した吐出ヘッドと、
   その吐出ヘッドのオリフィスから吐出された液滴を着弾して前記オリフィスの配列方向に沿ってドット列を形成する被着体と、
   前記吐出ヘッドと被着体とを前記オリフィスの配列方向ならびにその配列方向と直交する方向に沿って相対的に往復移動する移動手段とを備え、
   前記移動手段により前記吐出ヘッドと被着体とを相対的に移動させて、前記オリフィスから液滴を吐出して前記被着体上にドット列を形成する液滴吐出方法において、
   前記吐出ヘッド上のオリフィスをその配列方向に沿って順番に複数のグループに分けて、そのグループ毎にオリフィスから液滴を吐出するようにしており、
   前記吐出ヘッドのグループの順番とは異なる順番で前記ドット列が前記被着体上に形成されるように、前記移動手段により前記吐出ヘッドと被着体とを相対的に移動させて前記オリフィスから液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出方法。
2. 多数のオリフィスを直接上に配列した吐出ヘッドと、
   その吐出ヘッドのオリフィスから吐出された液滴を着弾して前記オリフィスの配列方向に沿って延びるドット列を前記オリフィスの配列方向と直交する方向に多数並設する被着体と、
   前記吐出ヘッドと被着体とを前記オリフィスの配列方向ならびにその配列方向と直交する方向に沿って相対的に往復移動する移動手段とを備え、
   前記移動手段により前記吐出ヘッドと被着体とを相対的に移動させて、前記オリフィスから液滴を吐出して前記被着体上にドット列を形成する液滴吐出方法において、
   前記吐出ヘッド上のオリフィスをその配列方向に沿って複数のグループに分けて、そのグループ毎にオリフィスから液滴を吐出するようになっており、
   前記吐出ヘッドのグループの順番とは異なる順番で前記ドット列が形成され、
   かつ、隣り合う前記ドット列の配列方向と直交する方向のドット部分が、前記吐出ヘッドの異なるグループによって形成されるように、
   前記移動手段により前記吐出ヘッドと被着体とを相対的に移動させて前記オリフィスから液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出方法。
3. 請求項１または２記載の液滴吐出方法において、前記被着体が液晶基板であって、その２枚の液晶基板の隙間を維持するためのスペーサ粒子を含有した液滴を前記オリフィスから前記液晶基板の表面に向けて吐出することを特徴とする液滴吐出方法。

Images