JP2007229609A

JP2007229609A - 液滴噴射装置及び塗布体の製造方法

Info

Publication number: JP2007229609A
Application number: JP2006053923A
Authority: JP
Inventors: Hironori Takabayashi; 弘徳高林; Naoaki Sakurai; 直明桜井; Atsushi Konase; 淳木名瀬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13
Also published as: KR20070089578A; US20070200903A1; KR20070115824A; CN101028762A

Abstract

【課題】液体成分の沈殿及び液体内の気泡による吐出不良の発生を防止することができる液滴噴射装置を提供する。
【解決手段】液体収容部１６から供給される液体が通過する内部流路２ａを有し、その内部流路２ａを通過する液体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド２と、液体収容部１６と液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａとを連通する液体供給流路２１と、その液体供給流路２１中に設けられ、液体収容部１６から液滴吐出ヘッド２に液体供給流路２１を介して液体を供給する液体供給部１７と、液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａと液体収容部１６とを連通する液体戻し流路２２と、その液体戻し流路２２中に設けられ、液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａを通過した液体を液滴吐出ヘッド２から液体収容部１６に液体戻し流路２２を介して戻す液体戻し部１９とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置及びその液滴噴射装置を用いた塗布体の製造方法に関する。

液滴噴射装置は、通常、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置、電子放出表示装置、プラズマ表示装置及び電気泳動表示装置等の様々な表示装置を製造するために用いられている。

このような液滴噴射装置は、液体を複数のノズルから微少な液滴としてそれぞれ吐出する液滴吐出ヘッド（例えば、インクジェットヘッド）を備えており、その液滴吐出ヘッドにより塗布対象物である基板に液滴を着弾させ、所定のパターンのドット列を形成し、例えば、カラーフィルタやブラックマトリクス（カラーフィルタの額縁）等の塗布体を製造する（例えば、特許文献１参照）。なお、液体としては、水性インク、油性インク及び紫外線硬化インク等の各種のインクが用いられている。例えば、油性インクは、顔料、溶剤、分散剤、添加剤及び界面活性剤等の各種の成分により構成されている。
特開２００５−２６２４６４号公報

しかしながら、前述のような液滴噴射装置では、インク成分の沈殿が発生したり、インク内に気泡が発生したりすることがある。これらは、液滴吐出ヘッドの吐出性に悪影響を及ぼす。

例えば、インク成分の沈殿が発生した場合には、インクの表面張力や粘度が変化し、最適な吐出条件（例えば、駆動電圧やパルス幅等）が変わるため、液滴吐出ヘッドの吐出条件設定を再設定しないと、液滴吐出ヘッドの吐出不良が発生し、ヨレやかすれ等が生じてしまう。特に、インク成分の沈殿が激しい場合には、インクがノズルに詰まり、液滴の不吐出が発生してしまう。

また、インク中の溶存気体（溶存ガス）により、インク内に気泡が発生した場合にも、気泡がノズルを塞ぐため、液滴吐出ヘッドの吐出不良が発生し、ヨレやかすれ等が生じてしまう。特に、気泡がインク中に多数存在する場合には、多くの気泡がノズルに溜まり、液滴の不吐出が発生してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体成分の沈殿及び液体内の気泡による吐出不良の発生を防止することができる液滴噴射装置及び塗布体の製造方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、液滴噴射装置において、液体を収容する液体収容部と、液体収容部から供給される液体が通過する内部流路を有し、内部流路を通過する液体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドと、液体収容部と液滴吐出ヘッドの内部流路とを連通し、液体収容部から液滴吐出ヘッドに液体を供給するための液体供給流路と、液体供給流路中に設けられ、液体収容部から液滴吐出ヘッドに液体供給流路を介して液体を供給する液体供給部と、液滴吐出ヘッドの内部流路と液体収容部とを連通し、液滴吐出ヘッドの内部流路を通過した液体を液滴吐出ヘッドから液体収容部に戻すための液体戻し流路と、液体戻し流路中に設けられ、液滴吐出ヘッドの内部流路を通過した液体を液滴吐出ヘッドから液体収容部に液体戻し流路を介して戻す液体戻し部とを備えることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、塗布体の製造方法において、前述の第１の特徴に係る液滴噴射装置を用いて、塗布対象物に向けて液滴を噴射することである。

本発明によれば、液体成分の沈殿及び液体内の気泡による吐出不良の発生を防止することができる。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施の一形態に係る液滴噴射装置１は、液体であるインクをノズルから液滴として吐出する液滴吐出ヘッド２を用いて基板３にインクを塗布するためのインク塗布ボックス１Ａと、そのインク塗布ボックス１Ａにインクを供給するためのインク供給ボックス１Ｂとから構成されている。これらのインク塗布ボックス１Ａ及びインク供給ボックス１Ｂは、互いに隣接して配置され、共に架台４の上面に固定されている。

インク塗布ボックス１Ａの内部には、Ｙ軸方向スライド板５、Ｙ軸方向移動テーブル６、Ｘ軸方向移動テーブル７及び基板保持テーブル８が積層されている。これらのＹ軸方向スライド板５、Ｙ軸方向移動テーブル６、Ｘ軸方向移動テーブル７及び基板保持テーブル８は平板状に形成されている。

Ｙ軸方向スライド板５は架台４の上面に固定されている。Ｙ軸方向スライド板５の上面には、複数のガイド溝５ａがＹ軸方向に沿って設けられている。これらのガイド溝５ａには、Ｙ軸方向移動テーブル６の下面に設けられたガイド用の突起部（図示せず）が係合されている。これにより、Ｙ軸方向移動テーブル６は、Ｙ軸方向に移動可能にＹ軸方向スライド板５の上面に設けられている。このＹ軸方向移動テーブル６は、Ｙ軸方向移動モータを用いる駆動機構により各ガイド溝５ａに沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸方向移動テーブル６の上面には、複数のガイド溝６ａがＸ軸方向に沿って設けられている。これらのガイド溝６ａには、Ｘ軸方向移動テーブル７の下面に設けられたガイド用の突起部（図示せず）が係合されている。これにより、Ｘ軸方向移動テーブル７は、Ｘ軸方向に移動可能にＹ軸方向移動テーブル６の上面に設けられている。このＸ軸方向移動テーブル７は、Ｘ軸方向移動モータを用いる駆動機構により各ガイド溝６ａに沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸方向移動テーブル７の上面には、基板３を保持する基板保持テーブル８が固定されている。この基板保持テーブル８は、基板３を把持する基板把持機構９を備えており、その基板把持機構９により基板保持テーブル８上に基板３を密着固定する。基板把持機構９としては、例えばコの字型の挟み金具等を用いる。なお、基板３の保持手段としては、基板把持機構９にかえて、例えば、基板３を吸着する基板吸着機構を設けるようにしてもよい。基板吸着機構としては、例えばゴム吸盤や吸引ポンプ等を用いる。

ここで、基板保持テーブル８のＹ軸方向への移動量は、Ｙ軸方向エンコーダのパルス信号（位置信号）に基づいて検出され、同様に、基板保持テーブル８のＸ軸方向への移動量は、Ｘ軸方向エンコーダのパルス信号（位置信号）に基づいて検出される。

インク塗布ボックス１Ａの内部には、一組のコラム（支柱）１０が立設されている。これらのコラム１０は、Ｙ軸方向スライド板５のガイド溝５ａと直交する方向、すなわちＸ軸方向においてＹ軸方向スライド板５を挟む位置に設けられている。

一組のコラム１０には、Ｘ軸方向スライド板１１が横架されている。Ｘ軸方向スライド板１１の前面には、ガイド溝１１ａがＸ軸方向に沿って設けられている。このガイド溝１１ａには、複数のインクジェットヘッドユニット１２が垂設されたベース板１３の背面に設けられたガイド用の突起部（図示せず）が係合されている。これにより、ベース板１３はＸ軸方向に移動可能にＸ軸方向スライド板１１に設けられている。このベース板１３、すなわちインクジェットヘッドユニット１２は、ヘッドユニット移動モータを用いる駆動機構によりガイド溝１１ａに沿ってＸ軸方向に移動する。

各インクジェットヘッドユニット１２は、それぞれ液滴吐出ヘッド２を具備している。これらの液滴吐出ヘッド２は、各インクジェットヘッドユニット１２の先端にそれぞれ着脱可能に設けられている。液滴吐出ヘッド２は、液滴が吐出される複数のノズル（貫通孔）を有するノズルプレート（図示せず）を備えている。この液滴吐出ヘッド２には、インクを貯留するインクバッファタンク等の液体バッファタンク１４が設けられている。なお、液体バッファタンク１４は、液滴吐出ヘッド２に一体的に設けられており、インクジェットヘッドユニット１２に対し液滴吐出ヘッド２と共に着脱される。

インクジェットヘッドユニット１２には、基板３面に対して垂直方向、すなわちＺ軸方向に液滴吐出ヘッド２を移動させるＺ軸方向移動機構１２ａと、液滴吐出ヘッド２をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動機構１２ｂと、液滴吐出ヘッド２をθ方向に回転させるθ方向回転機構１２ｃとが設けられている。これにより、液滴吐出ヘッド２は、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に移動可能であり、θ軸方向に回転可能である。

また、インク塗布ボックス１Ａの内部には、液滴吐出ヘッド２のノズルのインク目詰まり等を清掃するためのヘッドメンテユニット１５が設けられている。このヘッドメンテユニット１５は、インクジェットヘッドユニット１２の移動方向の延長線上であって基板３から離隔した位置に配置されている。なお、インクジェットヘッドユニット１２がヘッドメンテユニット１５に対向する待機位置まで移動すると、ヘッドメンテユニット１５は液滴吐出ヘッド２のノズルのインク目詰まり等を自動的に洗浄する。

インク供給ボックス１Ｂの内部には、インクを収容するインクタンク等の液体収容部１６と、その液体収容部１６から液体バッファタンク１４を介して各液滴吐出ヘッド２にインクを供給する液体供給部１７と、各液滴吐出ヘッド２に供給されるインクから気泡の発生原因である溶存気体（溶存ガス）を除去する脱気部１８と、各液滴吐出ヘッド２から液体収容部１６にインクを戻す液体戻し部１９とが設けられている。

なお、各液体バッファタンク１４には、液体収容部１６からインクが液体供給部１７により供給される。インクとしては、水性インク、油性インク及び紫外線硬化インク等の各種のインクを用いる。例えば、油性インクは、顔料、溶剤、分散剤、添加剤及び界面活性剤等の各種の成分により構成されている。

架台４の内部には、液滴噴射装置１の各部を制御するための制御部２０及び各種のプログラムを記憶する記憶部（図示せず）等が設けられている。制御部２０は、各種のプログラムに基づいて、Ｙ軸方向移動テーブル６の移動制御、Ｘ軸方向移動テーブル７の移動制御、ベース板１３の移動制御、Ｚ軸方向移動機構１２ａの駆動制御、Ｙ軸方向移動機構１２ｂの駆動制御及びθ方向回転機構１２ｃの駆動制御等を行う。これにより、基板保持テーブル８上の基板３と、各インクジェットヘッドユニット１２の液滴吐出ヘッド２との相対位置を色々と変化させることができる。

次いで、液滴噴射装置１のインク循環に関する各部について詳しく説明する。

図２に示すように、液滴吐出ヘッド２は、液体収容部１６から供給されるインクが通過する内部流路２ａを有しており（図３参照）、その内部流路２ａを通過するインクを液滴として吐出する。なお、制御部２０は、各液滴吐出ヘッド２をそれぞれ駆動制御するヘッド制御部２０ａと、液体供給部１７、脱気部１８、液体戻し部１９及び複数のバルブ２３を駆動制御する液体循環制御部２０ｂとを有している。

液体収容部１６と各液滴吐出ヘッド２との間には、液体収容部１６と各液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａとを連通する液体供給流路２１が設けられている。この液体供給流路２１は、液体収容部１６から各液滴吐出ヘッド２にインクを供給するための流路である。液体供給流路２１としては、例えばチューブ等を用いる。

各液滴吐出ヘッド２と液体収容部１６との間には、各液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａと液体収容部１６とを連通する液体戻し流路２２が設けられている。この液体戻し流路２２は、各液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａを通過したインクを各液滴吐出ヘッド２から液体収容部１６に戻すための流路である。液体戻し流路２２としては、例えばチューブ等を用いる。

液体供給流路２１中には、液体収容部１６側から順番に、脱気部１８、液体供給部１７、各バルブ２３及び各液体バッファタンク１４が設けられている。また、液体戻し流路２２中には、液体戻し部１９が設けられている。

脱気部１８は、液体供給流路２１を流れるインクからインク中の溶存気体を除去する装置である。また、各バルブ２３は、各液滴吐出ヘッド２にそれぞれ対応させて設けられている。これらのバルブ２３は、通常、開放状態であり、対応する液滴吐出ヘッド２の交換時等に閉められる。

液体供給部１７は、液体収容部１６から各液滴吐出ヘッド２に液体供給流路２１を介してインクを供給する装置である。この液体供給部１７としては、例えば液体用ポンプ等を用いる。

液体戻し部１９は、各液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａを通過したインクを各液滴吐出ヘッド２から液体収容部１６に液体戻し流路２２を介して戻すために流路内の液体に流動させたい方向への力を与える装置である。この液体戻し部１９としては、例えば液体用ポンプ等を用いる。

液体バッファタンク１４は、その内部に貯留したインクの液面と液滴吐出ヘッド２のノズル面（ノズルプレートの外面）との水頭差（水頭圧）を利用し、ノズル先端のインクの液面（メニスカス）を調整する。これにより、インクの漏れ出しや吐出不良が防止されている。

さらに、液体バッファタンク１４は、液体供給流路２１を流れるインクから気泡を除去する気泡除去部として機能する。この液体バッファタンク１４は、図３に示すように、その内部の内壁面１４ａに沿ってインクを流し、その内壁面１４ａに沿って流れたインクを貯留する。このとき、液体供給流路２１中に存在する気泡が取り除かれる。特に、液滴吐出ヘッド２の交換等の作業により、液体供給流路２１中に侵入した気泡も取り除かれる。

次に、このような液滴噴射装置１の液滴噴射処理及び液体循環処理について説明する。液滴噴射装置１の制御部２０が各種のプログラムに基づいて液滴噴射処理及び液体循環処理を実行する。

液滴噴射処理では、制御部２０は、各インクジェットヘッドユニット１２を待機位置から基板３に対向する位置まで移動させる。このとき、各インクジェットヘッドユニット１２はＸ軸方向スライド板１１のガイド溝１１ａに案内され、基板３に対向する位置まで移動する。次いで、制御部２０は、Ｙ軸方向移動テーブル６及びＸ軸方向移動テーブル７を駆動制御し、制御部２０のヘッド制御部２０ａは、各インクジェットヘッドユニット１２の液滴吐出ヘッド２の吐出動作を駆動制御する。これにより、液滴吐出ヘッド２は、内部流路２ａ内のインクを液滴として各ノズルからそれぞれ吐出し、Ｙ軸方向に移動する基板３にそれらの液滴を着弾させ、所定のパターンのドット列を順次形成する。

液体循環処理では、制御部２０の液体循環制御部２０ｂは、図４に示すように、液滴噴射装置１の電源投入中、通常、各バルブ２３を閉状態に維持し、液体供給部１７及び脱気部１８を駆動する（ステップＳ１）。これにより、液体収容部１６内のインクが液体供給流路２１を介して脱気部１８を通過する。このとき、脱気部１８により、液体供給流路２１を流れるインクから溶存気体が除去される。溶存気体が除去されたインクは、液体供給流路２１を介して各液体バッファタンク１４に貯留される。このとき、各液体バッファタンク１４により、液体供給流路２１中に存在する気泡が取り除かれる。その後、各液体バッファタンク１４内のインクは、対応する液滴吐出ヘッド２の吐出動作に応じて、液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａに供給される。その内部流路２ａに供給されたインクは、前述の液滴噴射処理により、液滴吐出ヘッド２の各ノズルから液滴として吐出される。

次いで、液体循環制御部２０ｂは、各液滴吐出ヘッド２の吐出動作が所定時間（例えば３分間程度）停止しているか否かを判断し（ステップＳ２）、その停止に待機する（ステップＳ２のＮＯ）。例えば、液体循環制御部２０ｂは、基板３の搬送中や段取り替え中等のように、各液滴吐出ヘッド２の吐出動作が休止中であるか否かを判断する。

各液滴吐出ヘッド２の吐出動作が所定時間停止していると判断した場合には（ステップＳ２のＹＥＳ）、液体戻し部１９を駆動し（ステップＳ３）、ステップＳ２に処理を戻す。これにより、各液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａ中のインクが液体戻し流路２２を介して液体収容部１６に戻る。このようにして、液体収容部１６内のインクが液体供給流路２１、各液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａ及び液体戻し流路２２を循環するようになる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、液体戻し流路２２及び液体戻し部１９を設けることによって、各液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａ内のインクが液体戻し流路２２を介して液体収容部１６に戻り、液体収容部１６内のインクが各液滴吐出ヘッド２の内部流路２ａ及び液体戻し流路２２を循環するようになるので、インク成分の沈殿が防止される。また、液体供給流路２１中に脱気部１８を設けることによって、液体供給流路２１を流れるインクから溶存気体が除去されるので、液体供給流路２１中に気泡が発生することが防止される。これらのことから、インク成分の沈殿及びインク内の気泡による吐出不良の発生を防止することができる。

さらに、液体供給流路２１を流れるインクから気泡を除去する気泡除去部として液体バッファタンク１４を液体供給流路２１中に設けることによって、液体供給流路２１を流れるインクから気泡が取り除かれるので、より確実にインク内の気泡による吐出不良の発生を防止することができる。特に、液滴吐出ヘッド２の交換等の作業により、液体供給流路２１中に侵入した気泡も取り除くことができる。

また、液体バッファタンク１４が、液体供給流路２１を流れるインクを内壁面１４ａに沿って流し、内壁面１４ａに沿って流れたインクを貯留することによって、簡単な構成により、液体供給流路２１を流れるインクから確実に気泡を取り除くことができる。加えて、液体バッファタンク１４のインク貯留量を変えることによって、ノズル内のインクの液面を容易に調整することもできる。

また、前述の液滴噴射装置１を用いて、塗布対象物である基板３に向けて液滴を噴射することによって、例えばカラーフィルタやブラックマトリクス（カラーフィルタの額縁）等の塗布体が製造されるので、塗布体の製造不良の発生を防止することができ、さらに、信頼性が高い塗布体を得ることができる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、前述の実施の形態においては、液体供給流路２１に液体バッファタンク１４を設けているが、これに限るものではなく、例えば、液体供給流路２１に液体バッファタンク１４を設けないようにしてもよい。

本発明の実施の一形態に係る液滴噴射装置の概略構成を示す外観斜視図である。図１に示す液滴噴射装置の概略構成を示す模式図である。図２に示す液滴噴射装置の一部分を拡大して示す模式図である。図１及び図２に示す液滴吐出装置の液体循環処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…液滴噴射装置、２…液滴吐出ヘッド、２ａ…内部流路、３…塗布対象物（基板）、１４…気泡除去部（液体バッファタンク）、１４ａ…内壁面、１６…液体収容部、１７…液体供給部、１８…脱気部、１９…液体戻し部、２１…液体供給流路、２２…液体戻し流路

Claims

液体を収容する液体収容部と、
前記液体収容部から供給される前記液体が通過する内部流路を有し、前記内部流路を通過する前記液体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドと、
前記液体収容部と前記液滴吐出ヘッドの前記内部流路とを連通し、前記液体収容部から前記液滴吐出ヘッドに前記液体を供給するための液体供給流路と、
前記液体供給流路中に設けられ、前記液体収容部から前記液滴吐出ヘッドに前記液体供給流路を介して前記液体を供給する液体供給部と、
前記液滴吐出ヘッドの前記内部流路と前記液体収容部とを連通し、前記液滴吐出ヘッドの前記内部流路を通過した前記液体を前記液滴吐出ヘッドから前記液体収容部に戻すための液体戻し流路と、
前記液体戻し流路中に設けられ、前記液滴吐出ヘッドの前記内部流路を通過した前記液体を前記液滴吐出ヘッドから前記液体収容部に前記液体戻し流路を介して戻す液体戻し部と、
を備えることを特徴とする液滴噴射装置。
前記液体供給流路中に設けられ、前記液体供給流路を流れる前記液体から溶存気体を除去する脱気部を備えることを特徴とする請求項１記載の液滴噴射装置。
前記液体供給流路中に設けられ、前記液体供給流路を流れる前記液体から気泡を除去する気泡除去部を備えることを特徴とする請求項１記載の液滴噴射装置。
前記気泡除去部は、前記液体供給流路を流れる前記液体を内壁面に沿って流し、前記内壁面に沿って流れた前記液体を貯留することを特徴とする請求項３記載の液滴噴射装置。
請求項１ないし４のいずれか一に記載の液滴噴射装置を用いて、塗布対象物に向けて液滴を噴射することを特徴とする塗布体の製造方法。