JP2015097985A - 静電塗布方法と静電塗布装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】始終端形成に時間を要せず、形状の乱れがなくエッジの直線性が高く、パターン幅の均一な塗布を実現する方法及び、塗布装置の提供。【解決手段】この静電塗布方法は、電位差を印加してノズル先端３に塗布対象物４の側に向かって伸びる液溜まりを形成するとともに、ノズル２の中に配置されたニードル６の先端を液溜まりに突出させて、液溜まりの先端を塗布対象物４に接触させて、ノズル２に入っている液体１を塗布対象物４に塗布する。この静電塗布装置は、ノズル２内の液体１と塗布対象物４の間に電位差を印加することで前記液体１を前記ノズル２から引き出して塗布対象物４に塗布する静電塗布装置である。電位差の大きさ及びニードル６の運動にニードルの先端と塗布対象物４の距離を制御することにより、均一な塗布を行う方法。【選択図】図１
Description
本発明は、ノズル先端から様々な液体を電気的な力で細く引き伸ばし、基材上に微細なパターンを形成する静電塗布方法に関するものである。
従来から、微少な液滴を形成して、基板上に微細なパターンを塗布する方法として、例えば特許文献１に記載のような、静電吸引を利用する方法が知られている。
図１２は特許文献１の方法を示している。
図１２は特許文献１の方法を示している。
この方法は、ノズル２を塗布対象物４の表面に対向させて配置し、塗布対象物４とノズル２との間に電源部３０からパルス電圧を印加して、ノズル先端３の液体１を静電気力によって塗布対象物４側に吸引して、液滴３１を塗布対象物４に滴下している。
特許文献２は塗布対象物への塗布ではないが、ニードルを利用して、均一な粒径を有する微小液滴を溶液中に吐出する方法も知られている。特許文献２では特許文献１のような静電力は使用されていない。
特許文献２の技術を利用してニードルの先端に付着した溶液を塗布対象物へ塗布しようとした場合には次のようになる。
図１３（ａ）に示すように、ノズル２内に配置されたニードル３２が、図１３（ｂ）に示すように、先端がノズル先端３から突き出すまで下降する。その際、ニードル３２の先端には、ノズル２内の液体１の液滴３３が微少量付着した状態になる。その後、図１３（ｃ）に示すようにニードル３２は先端に付着した液滴３３が塗布対象物４に接触するまで下降させる。これにより、ニードル３２の先端に付着した液滴３３を塗布対象物４に塗布できる。
図１３（ａ）に示すように、ノズル２内に配置されたニードル３２が、図１３（ｂ）に示すように、先端がノズル先端３から突き出すまで下降する。その際、ニードル３２の先端には、ノズル２内の液体１の液滴３３が微少量付着した状態になる。その後、図１３（ｃ）に示すようにニードル３２は先端に付着した液滴３３が塗布対象物４に接触するまで下降させる。これにより、ニードル３２の先端に付着した液滴３３を塗布対象物４に塗布できる。
しかしながら、従来法である図１２および考えられる図１３に示す方法では、塗布対象物４の表面に微細な直線パターンを塗布によって形成する場合には、その塗布結果のエッジの直線性が悪く、パターン幅が均一な塗布を実現できないという問題がある。
この場合の塗布状態を、図１４に示す。
図１４（ａ）は、微少液滴を連続的に塗布した直後の状態を示す。この塗布された液滴の乾燥が完了した状態を図１４（ｂ）に示す。このように、塗布後の乾燥段階で隣り合う液滴同士のレベリングが進行するものの、液滴として塗布した跡が残るため、エッジの直線性を得ることは困難になる。これは、吐出された微少液滴は表面積が広く、ノズル２から吐出されて塗布対象物４に到達する前に乾燥が促進されるため、塗布対象物４に到達後のレベリングが困難となるためである。
図１４（ａ）は、微少液滴を連続的に塗布した直後の状態を示す。この塗布された液滴の乾燥が完了した状態を図１４（ｂ）に示す。このように、塗布後の乾燥段階で隣り合う液滴同士のレベリングが進行するものの、液滴として塗布した跡が残るため、エッジの直線性を得ることは困難になる。これは、吐出された微少液滴は表面積が広く、ノズル２から吐出されて塗布対象物４に到達する前に乾燥が促進されるため、塗布対象物４に到達後のレベリングが困難となるためである。
このようなことから、エッジの直線性が高く、パターン幅の均一な塗布を実現するには、液滴を繋ぎ合わせるのではなく、液滴を途切れさせることなく連続的に塗布することが望ましいと考えられる。
そこで、静電気力で液滴吸引する原理を利用しつつ図１５に示すようなノズル２の先端に液溜り３４を形成して、塗布対象物４の表面に液体１を連続的に塗布することが考えられるが、液溜り３４による連続的な塗布をする際には、静電力による液溜り３４の伸縮を伴う塗布の始終端形成に時間を要するため、タクトタイムが増加すると共に、塗布状態が乱れやすいという問題がある。
液溜り８による液体１の連続的な塗布を行う場合の、塗布始端における液溜り３４の形成状態を、図１６（ａ）〜（ｄ）に示す。
図１６（ａ）は液体１を入れたノズル２への電圧印加前の状態を示す。
図１６（ａ）は液体１を入れたノズル２への電圧印加前の状態を示す。
次ぎに、ノズル２と塗布対象物４の間に電圧を印加すると図１６（ｂ）（ｃ）のように、静電気力によって液溜り３４が塗布対象物４の側へ伸び、図１６（ｃ）のように塗布対象物４へ到達前の不安定な液溜り３４の状態を経て、最終的に図１６（ｄ）のように液溜り３４が塗布対象物４へ到達する。
このような静電気力による吸引では、図１６（ｃ）の不安定な状態から図１６（ｄ）の安定な状態への移行に時間を要するため、塗布するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を開始するタイミング制御が非常に難しくなると共に、液溜り３４が塗布対象物４に到達する位置が狙いと異なるということが生じる。その結果、図１７（ａ）に示すように塗布始端に必要以上の量の液体１を塗布してしまい、線幅に太り３５が生じてしまったり、逆に図１７（ｂ）に示すように液体１の塗布量が不足し途切れ３６が生じるという問題がある。
図１８（ａ）〜（ｄ）は、塗布終端における液溜り３４の縮小状態を示す。
このように、液体１を入れたノズル２への電圧印加停止前（図１８（ａ））に対して、電圧印加停止の直後（図１８（ｂ））においても液溜り３４が保持する残留電荷の影響により、すぐには塗布対象物４から切り離されず、不安定に保持されるという状態を経て、最終的に液溜り３４は図１８（ｃ）（ｄ）のように切り離される。
このように、液体１を入れたノズル２への電圧印加停止前（図１８（ａ））に対して、電圧印加停止の直後（図１８（ｂ））においても液溜り３４が保持する残留電荷の影響により、すぐには塗布対象物４から切り離されず、不安定に保持されるという状態を経て、最終的に液溜り３４は図１８（ｃ）（ｄ）のように切り離される。
このような静電気力による吸引では、電圧の印加を停止した後も、図１８（ｂ）の不安定な状態が続くため、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が非常に難しくなると共に、液溜り３４が塗布対象物４と切り離される位置が狙いと異なるということが生じていた。その結果、図１９（ａ）に示すように、塗布終端に必要以上の液体１を塗布してしまい、線幅に太り３５が生じてしまったり、逆に、図１９（ｂ）に示すように液体１の塗布量が不足して途切れ３６が生じるという問題がある。
本発明は、始終端形成に時間を要することなく、かつ形状の乱れがなく、エッジの直線性が高く、パターン幅の均一な塗布を実現する静電塗布方法を提供することを目的とする。
本発明の静電塗布方法は、液体が収容されたノズルのノズル先端を塗布対象物に対向させて配置し、前記液体と前記塗布対象物の間に塗布時に電位差を印加して前記ノズル先端に前記塗布対象物の側に向かって伸びる液溜まりを形成するとともに、前記塗布時に、前記ノズルの中に配置されたニードルの先端を前記液溜まりに突出させて、前記液溜まりの先端を前記塗布対象物に接触させることを特徴とする。
本発明の静電塗布装置は、ノズル内の液体と塗布対象物の間に電位差を印加することで前記液体を前記ノズルから引き出して塗布対象物に塗布する静電塗布装置であって、前記液体と前記塗布対象物間に所定の電圧を印加する電源部と、前記ノズルの中で上下運動可能なニードルと、前記ニードルを上下駆動するニードル駆動部と、塗布時に、前記ノズル先端に前記塗布対象物の側に向かって伸びる前記液体の液溜まりを形成するように前記電源部を制御するとともに、前記ニードルの先端を前記液溜まりに突出させるように前記ニードル駆動部を運転して、前記液溜まりの先端を前記塗布対象物に接触させる制御部とを有することを特徴とする。
本発明の静電塗布方法によれば、電位差を印加してノズル先端に塗布対象物の側に向かって伸びる液溜まりを形成するとともに、ノズルの中に配置されたニードルの先端を液溜まりに突出させて、液溜まりの先端を塗布対象物に接触させるので、ノズル先端の液溜りの応答性を高めることができ、塗布の始終端における乱れを防止することができると共に、タクトタイムの短縮を実現できる。更に、連続的に液体を塗布できるため、直線性の高いパターンを精密に形成することができる。
以下、本発明の静電塗布方法を、実施の形態の静電塗布装置に基づいて説明する。
図１〜図３は本発明の静電塗布方法を実現する静電塗布装置を示す。
図１において静電塗布装置は次のように構成されている。
図１〜図３は本発明の静電塗布方法を実現する静電塗布装置を示す。
図１において静電塗布装置は次のように構成されている。
液体１を入れたノズル２は、ノズル先端３を塗布対象物４に対向して配置されている。液体１と塗布対象物４の間には、電源部５によって電圧が印加されている。ノズル２の内部には、上下移動可能なニードル６が配置されている。ノズル２の内部には液体供給部７から液体１が供給されている。
なお、絶縁材料で形成されたノズル２を使用する場合には、ノズル２を介して電圧を印加できないため、ノズル２の内部の液体１に接触する電極板８を設け、電極板８を介して電源部５から電圧が印加されている。ノズル２を導電材料で形成した場合には、ノズル２を介して電圧を印加することができるので、電極板８は無くてもよい。
ノズル２は、ノズル駆動部９によって保持されて塗布対象物４に対する上下位置の移動制御が行われる。
ニードル６は、ニードル駆動部１０によって保持されて上下位置が制御されている。
ニードル６は、ニードル駆動部１０によって保持されて上下位置が制御されている。
ステージ１１は、塗布対象物４を吸着保持するとともに、塗布時に塗布対象物４を水平方向に移動させるステージ駆動部１２により位置制御されている。
塗布対象物４とノズル２に収容されている液体１との間には、電源部５によって電圧が印加されている。ノズル駆動部９、ニードル駆動部１０、ステージ駆動部１２は、制御部１３によって運転が制御されている。
塗布対象物４とノズル２に収容されている液体１との間には、電源部５によって電圧が印加されている。ノズル駆動部９、ニードル駆動部１０、ステージ駆動部１２は、制御部１３によって運転が制御されている。
なお、塗布時にノズル２と塗布対象物４を水平方向に相対的に移動させるためにステージ駆動部１２を設けたが、ノズル２を水平方向に移動させるノズル水平駆動部（図示せず）と、ステージ駆動部１２のうちの少なくとも一方を設けて、ノズル２と塗布対象物４を塗布時に水平方向に相対的に移動させることもできる。
図２（ａ）〜（ｃ）は塗布始端での塗布フロー図を示す。図２（ａ）は塗布始端での電圧印加前、図２（ｂ）は塗布始端での電圧印加直後、図２（ｃ）は塗布始端での液体の塗布対象物到達時を示す。図３（ａ）は塗布終端での定常塗布時、図３（ｂ）は塗布終端でのニードル上昇途中、図３（ｃ）は塗布終端でのニードル移動完了時を示す。
この塗布フローに基づいて説明する。
図２（ａ）では、ステージ１１上に塗布対象物４を載置し、塗布開始位置にノズル２を位置合わせする。このときニードル６の先端は、ノズル先端３よりもノズル２の内部に位置するようにニードル駆動部１０によって位置制御されている。
図２（ａ）では、ステージ１１上に塗布対象物４を載置し、塗布開始位置にノズル２を位置合わせする。このときニードル６の先端は、ノズル先端３よりもノズル２の内部に位置するようにニードル駆動部１０によって位置制御されている。
次に、ノズル先端３と塗布対象物４間の隙間を所望の距離になるようにノズル駆動部９によってノズル２の高さを制御する。
図２（ｂ）と図２（ｃ）では、電源部５により、液体１と塗布対象物４の間に電圧を印加すると共に、ニードル６をニードル駆動部１０によって塗布対象物４側に、先端がノズル先端３よりも塗布対象物４の側の所望の位置に到達するまで下降させる。
図２（ｂ）と図２（ｃ）では、電源部５により、液体１と塗布対象物４の間に電圧を印加すると共に、ニードル６をニードル駆動部１０によって塗布対象物４側に、先端がノズル先端３よりも塗布対象物４の側の所望の位置に到達するまで下降させる。
これにより、液体１が静電気力により塗布対象物４の側に吸引されることに加えて、ニードル６の下降に伴い、ノズル先端３における液溜り１４の中央部を選択的に塗布対象物４側に伸ばすことが可能になり、液溜り１４が塗布対象物４側へ伸びていく過程における塗布対象物４到達前の不安定な状態にある時間を大幅に短縮できる。
その結果、塗布するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を開始するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４に到達する位置が狙い通りに着弾可能となる。これにより、塗布始端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できるという効果が得られる。また、始端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できるという効果が得られる。
その後、細く伸ばされた液溜り１４が塗布対象物４に到達した後、所望のタイミングでノズル２と塗布対象物４を水平方向に相対的に移動させ、塗布していく。
この場合のノズル２と塗布対象物４の相対的な移動を開始するタイミングは、事前の実験で確認しておくことで、容易に安定した塗布を再現できる。これは、ニードル６の下降により、ノズル先端３における液溜り１４の中央部を選択的に塗布対象物４側に伸ばすことで液溜り１４が塗布対象物４側へ伸びていく過程における塗布対象物４に到達前の不安定な状態にある時間を大幅に短縮できることによる効果である。
この場合のノズル２と塗布対象物４の相対的な移動を開始するタイミングは、事前の実験で確認しておくことで、容易に安定した塗布を再現できる。これは、ニードル６の下降により、ノズル先端３における液溜り１４の中央部を選択的に塗布対象物４側に伸ばすことで液溜り１４が塗布対象物４側へ伸びていく過程における塗布対象物４に到達前の不安定な状態にある時間を大幅に短縮できることによる効果である。
定常状態で塗布している図３（ａ）の状態から、塗布終端位置においては、図３（ｂ）（ｃ）のように、所望のタイミングで電源部５により液体１と塗布対象物４の間に印加した電圧を停止すると共に、ニードル６をノズル２側に、先端がノズル先端３よりも内側の所望の位置に到達するまで上昇させる。
このようにニードル６が上昇するに伴い、ノズル先端３における液溜り１４の中央部を選択的にノズル２の側に引き戻すことが可能となり、電圧印加の停止直後においても液溜り１４が保持する残留電荷の影響により塗布対象物４から切り離されず、不安定に保持される時間を大幅に短縮することができる。その結果、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４から切り離される位置が狙い通りとなる。
これにより、塗布終端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できるという効果が得られる。また、終端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できるという効果が得られる。
この場合の電源部５を停止しニードル６を上昇させるタイミングは、事前の実験で確認しておくことで、容易に安定した塗布を再現できる。これは、ニードル６の上昇により、ノズル先端３における液溜り１４の中央部を選択的にノズル２の側に引き戻すことが可能となり、電圧印加の停止直後においても液溜り１４が保持する残留電荷の影響により塗布対象物４から切り離されず、不安定に保持される時間を大幅に短縮することができることによる効果である。
以上のように、本発明によれば、ニードル６の上下動作によりノズル先端の液溜りの応答性を高めることができ、塗布の始終端における乱れを防止することができると共に、タクトタイムの短縮を実現できる。更に、連続的に液体を塗布できるため、直線性の高いパターンを精密に形成することができる。
条件１〜条件８に基づいて、上記の静電塗布装置を詳細に説明する。
− 条件１ −
図１に示した静電塗布装置を用いて微細な直線パターンの塗布を実施した。条件１の詳細は次の通りである。
− 条件１ −
図１に示した静電塗布装置を用いて微細な直線パターンの塗布を実施した。条件１の詳細は次の通りである。
ここでノズル２はガラス製で、図４に示すように先端内径１５が２００μｍのものを用いた。液体１には、中心粒径２００ｎｍのナノＡｇインク１６を用いた。このナノＡｇインクの固形分濃度は８０ｗｔ％、インクの粘度は１５００ｍＰａ・ｓのものを用いた。ニードル６はタングステン製で、直径１７が５０μｍで一定の丸棒を用いた。塗布対象物４には厚み１．７ｍｍのガラス基板を用いた。ノズル先端面１８と塗布対象物４との距離を４００μｍとした。図５に示したようにノズル先端面１８におけるナノＡｇインク１６の接触角θ１を２０°、ニードル側面１６におけるナノＡｇインク１６の接触角θ２を１５°、ニードル先端１９におけるナノＡｇインク１６の接触角θ３を１５°とした。
非塗布時に、ノズル先端面１８からノズル２の内部に向けて５００μｍの位置にニードル先端面１９を保持し、塗布時はノズル先端面１８から塗布対象物４側に向けて２００μｍの位置にニードル先端面１９を保持した。ここで、ノズル先端面１８におけるノズル２の内壁とニードル側面２０との隙間２１は７５μｍとなり、ニードル６の直径１７の５０μｍよりも大きな値とした。また、ニードル６の移動速度は１５ｍｍ／ｓとし、電源部５は１．５ｋＶの直流電圧を印加した。このときノズル２側を＋とした。
塗布始端において、電圧を印加すると同時にニードル６の下降を開始し、電圧印加から１００ｍｓ後にノズル２と塗布対象物４の相対移動（速度５０ｍｍ／ｓ）を開始した。塗布終端においては、塗布終了位置に到達する１００ｍｓ前に電圧印加を停止すると共に、ニードル６の上昇を開始した。その際の上昇速度は１５ｍｍ／ｓとした。
このようにして、線幅８μｍ、塗布厚み０．５μｍ、塗布長さ１００ｍｍの塗布を３０本形成し、塗布端から２０ｍｍの範囲の塗布始端と塗布終端の状態について評価した。その結果を図６に示す。
なお、図６の始端・終端の線幅の評価指標は、８μｍ±３％の範囲に全てのサンプルが入っていれば○、一箇所でも入らないサンプルがあれば×とした。途切れに関しては、全てのサンプルで途切れが無ければ○、１箇所でも途切れが発生すれば×とした。始終端の塗布位置精度については、狙いの位置に対する位置のズレ量が、全てのサンプルで１００μｍ以内であれば○、一箇所でも１００μｍを超えるズレが生じていれば×とした。始端・終端の線幅については、
８μｍ±２．８％の範囲に全てのサンプルが入っていれば○○
８μｍ±２．５％の範囲に全てのサンプルが入っていれば○○○
８μｍ±２．３％の範囲に全てのサンプルが入っていれば○○○○
８μｍ±２．０％の範囲に全てのサンプルが入っていれば○○○○○
とした。後に説明する条件２〜条件８、および比較例１についても条件１と同じ基準で評価した結果を図６に合わせて示す。
８μｍ±２．８％の範囲に全てのサンプルが入っていれば○○
８μｍ±２．５％の範囲に全てのサンプルが入っていれば○○○
８μｍ±２．３％の範囲に全てのサンプルが入っていれば○○○○
８μｍ±２．０％の範囲に全てのサンプルが入っていれば○○○○○
とした。後に説明する条件２〜条件８、および比較例１についても条件１と同じ基準で評価した結果を図６に合わせて示す。
− 比較例１ −
比較例１として、図１５で示した従来法による静電力のみによる液溜りの伸縮を伴う方法で塗布した。
比較例１として、図１５で示した従来法による静電力のみによる液溜りの伸縮を伴う方法で塗布した。
この比較例１のノズル２は、ガラス製でノズル先端の内径が２００μｍのものを用いた。液体１としては、中心粒径２００ｎｍのナノＡｇインクを用いた。このナノＡｇインクの固形分濃度は８０ｗｔ％、インクの粘度は１５００ｍＰａ・ｓのものを用いた。塗布対象物４は厚み１．７ｍｍのガラス基板を用いた。ノズル先端面と塗布対象物４との距離を４００μｍとした。ノズル先端面でのナノＡｇインクの接触角θ１は２０°とした。電源部５は１．５kＶの直流電圧（ノズル側に＋）を印加した。塗布始端において、電圧印加から１００ｍｓ後にノズル２と塗布対象物４の相対移動（速度５０ｍｍ／ｓ）を開始した。塗布終端においては、塗布終了位置に到達する１００ｍｓ前に電圧印加を停止した。
従来法による比較例１の静電塗布では、電圧印加前に対して、電圧印加直後から静電気力により液溜り１４が塗布対象物４側へ伸び、塗布対象物４到達前の液溜り１４が不安定な状態を経て、最終的に液溜り１４が塗布対象物４へ到達する。従来の静電気力による吸引では、液溜り１４の塗布対象物４到達前の不安定な状態から安定な状態への移行に時間を要するため、塗布するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を開始するタイミング制御が非常に難しくなると共に、液溜り１４が塗布対象物４に到達する位置が狙いと異なるということが生じた。その結果、塗布始端に必要以上の量を塗布してしまい、線幅に太りが生じてしまったり、逆に塗布量が不足し途切れるという問題が生じた。
塗布終端においては、電圧印加の停止直後においても液溜り１４が保持する残留電荷の影響により、すぐには塗布対象物４から切り離されず、不安定に保持されるという状態を経て、最終的に液溜り１４が切り離された。このように従来の静電気力による吸引では、電圧印加を停止した後も不安定な状態が続くため、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が非常に難しくなると共に、液溜り１４が塗布対象物４と切り離される位置が狙いと異なるということが生じた。その結果、塗布終端に必要以上の量を塗布してしまい、線幅に太りが生じてしまったり、逆に塗布量が不足し途切れに繋がるという問題が生じた。
これに対して、条件１では、塗布始端においてニードル６が下降するに伴い、ノズル先端における液溜り１４の中央部を選択的に塗布対象物４側に伸ばすことが可能になり、液溜り１４が塗布対象物４側へ伸びていく過程における塗布対象物４到達前の不安定な状態である時間を大幅に短縮することができる。その結果、塗布するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を開始するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４に到達する位置が狙い通りに着弾可能となる。これにより、塗布始端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できた。
また、始端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できる。
また、ノズル先端面１８におけるナノＡｇインク１６の接触角θ１がニードル側面２０における接触角θ２およびニードル先端面１９における接触角θ３よりも大きいことで、静電気力およびニードル６の下降によりノズル２から引き出された液溜り１４がノズル先端面１８に濡れ広がることを防止でき、ニードル先端面１９に液溜り１４を保持することが可能になる。その結果、液溜り１４の伸縮の高速化が実現できると共に、液溜り１４が途切れることなく安定した連続塗布が実現できる。
また、ノズル先端面１８におけるナノＡｇインク１６の接触角θ１がニードル側面２０における接触角θ２およびニードル先端面１９における接触角θ３よりも大きいことで、静電気力およびニードル６の下降によりノズル２から引き出された液溜り１４がノズル先端面１８に濡れ広がることを防止でき、ニードル先端面１９に液溜り１４を保持することが可能になる。その結果、液溜り１４の伸縮の高速化が実現できると共に、液溜り１４が途切れることなく安定した連続塗布が実現できる。
また、塗布終端において、ニードル６が上昇するに伴い、ノズル先端における液溜り１４の中央部を選択的にノズル側に引き戻すことが可能となり、電圧印加停止直後においても液溜り１４が保持する残留電荷の影響により塗布対象物４から切り離されず、不安定に保持される時間を大幅に短縮することができる。その結果、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４から切り離される位置が狙い通りとなる。これにより、塗布終端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できた。また、終端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できる。
− 条件２ −
条件１ではθ１＝２０°、θ２＝１５°、θ３＝１５°であったが、この条件２では、θ３＝１０°に変更しただけでその他は条件１と同じである。また、条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を、図６に示す。
条件１ではθ１＝２０°、θ２＝１５°、θ３＝１５°であったが、この条件２では、θ３＝１０°に変更しただけでその他は条件１と同じである。また、条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を、図６に示す。
条件２では、θ１＞θ２＞θ３であって、ニードル先端面１９の接触角が最も低いため、ニードル先端面１９における液溜り１４の伸縮の速度が、条件１の場合と比べて高速化が実現でき、液溜り１４が途切れることなく安定した連続塗布が実現できる。
また、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、塗布終端において、条件１と比べてニードル先端面１９から液溜り１４を切り離す際の応答性向上することができる。その結果、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４から切り離される位置が狙い通りとなる。これにより、塗布終端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できた。また、終端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できる。
− 条件３ −
条件２では、ニードル６は、ノズル２の内部に位置する部分も図４のようにノズル２の外部に突出した部分も、ニードル側面２０のナノＡｇインク１６に対する接触角は同じ１５°であったが、この条件３では、図７と図８に示すように、塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４の側に出ているニードル６の側面の接触角が異なる２つの領域２２，２３を有している。ノズル側の領域２２の接触角θ４は１５°、ニードル６の先端側の領域２３の接触角θ５は１３°とした。その他条件は条件２と同様の内容とした。条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を図６に示す。
条件２では、ニードル６は、ノズル２の内部に位置する部分も図４のようにノズル２の外部に突出した部分も、ニードル側面２０のナノＡｇインク１６に対する接触角は同じ１５°であったが、この条件３では、図７と図８に示すように、塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４の側に出ているニードル６の側面の接触角が異なる２つの領域２２，２３を有している。ノズル側の領域２２の接触角θ４は１５°、ニードル６の先端側の領域２３の接触角θ５は１３°とした。その他条件は条件２と同様の内容とした。条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を図６に示す。
この条件３では、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、条件１と比べてニードル先端面１９に液溜り１４を保持できる効果が向上できる。加えて、塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４側に出ているニードル６側面部において、ノズル側の領域２２の接触角θ４をニードル６の先端側の領域２３の接触角θ５以上とすることで、条件２の場合と比べてノズル先端にナノＡｇインク１６を保持できる効果が向上できる。その結果、液溜り１４の伸縮の高速化が実現できると共に、液溜り１４が途切れることなく安定した連続塗布が実現できる。
また、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、条件１と比べてニードル先端面１９に液溜り１４を保持できる効果が向上することから、塗布終端において液溜り１４を切り離す際の応答性が向上する。
加えて、塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４側に出ているニードル側面部のノズル側の領域２２において、ノズル側の領域２２の接触角θ４を先端側の領域２３の接触角θ５以上とすることで、条件２の場合と比べてニードル先端面１９にナノＡｇインク１６を保持する効果が向上できる。その結果、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４から切り離される位置が狙い通りとなる。これにより、塗布終端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できた。また、終端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できる。
この条件３では、θ２＝θ４であったが、θ２＞θ４とすることで、θ２＝θ４の場合と比べて、ノズル内部からノズル先端に形成される液溜り１４への安定した液供給が可能となる。その結果、液溜り１４が途切れることなく安定した連続塗布が実現できる。
− 条件４ −
条件３では、ニードル６はθ４＝１５°、θ５＝１３°、θ３＝１０°であり、θ５＞θ３であったが、この条件４ではθ５＝θ３に設定した。その他の条件は条件３と同じとした。
条件３では、ニードル６はθ４＝１５°、θ５＝１３°、θ３＝１０°であり、θ５＞θ３であったが、この条件４ではθ５＝θ３に設定した。その他の条件は条件３と同じとした。
ここで、液体塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４側に出ているニードル側面部のノズル側の領域２２の接触角θ４は１５°、ニードル６の先端側の領域２３の接触角θ５は接触角θ４より接触角の小さい１０°とした。また、条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を図６に示す。
この条件４の静電塗布では、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、条件１と比べてニードル先端面１９に液溜り１４を保持できる効果が向上できる。加えて、塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４側に出ているニードル側面部の先端側の領域２３の接触角θ５をニードル先端面の接触角θ３と等しくすることで、条件３と比べてノズル先端にナノＡｇインク１６を保持できる効果が向上できる。その結果、液溜り１４の伸縮の高速化が実現できると共に、液溜り１４が途切れることなく安定した連続塗布が実現できる。
また、塗布終端において、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、条件１と比べてニードル先端面１９に液溜り１４を保持できる効果が向上できることから、液溜り１４を切り離す際の応答性向上に繋げることができる。加えて、塗布時にノズル先端面１５よりも塗布対象物４側に出ているニードル側面部の先端側の領域２３の接触角θ５をニードル先端面の接触角θ３と等しくすることで、条件３と比べてノズル先端にナノＡｇインク１６を保持できる効果が向上できる。その結果、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４から切り離される位置が狙い通りとなる。これにより、塗布終端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できた。また、終端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できる。
− 条件５ −
上記の各条件のニードル６は、先端まで直径が一定の丸棒を用いていたが、この条件５では、図９に示すようにニードル６の先端部がテーパー形状に形成されている点が上記の各条件の場合とは異なっている。
上記の各条件のニードル６は、先端まで直径が一定の丸棒を用いていたが、この条件５では、図９に示すようにニードル６の先端部がテーパー形状に形成されている点が上記の各条件の場合とは異なっている。
この条件５のニードル６の先端部にはニードル先端から２０ｍｍの範囲にニードル径が５０μｍから２５μｍとなるニードルテーパー部２４が形成されている。条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を図６に示す。
この条件５では、ニードルテーパー部２４を設けているため、条件１の場合と比べて、ノズル先端におけるナノＡｇインク１６の流動抵抗増加を抑制することが可能となり、塗布時にノズル内部からノズル先端に形成される液溜り１４への安定した液供給が可能となる。その結果、液溜り１４の伸縮の高速化が実現できると共に、液溜り１４が途切れることなく安定した連続塗布が実現できる。
また、ニードルテーパー部２４を設けているため、塗布終端において条件１の場合と比べてノズル先端におけるナノＡｇインク１６の流動抵抗増加を抑制することが可能となり、非塗布時に、ノズル２の先端よりも内部側にニードルテーパー部２４の開始位置Ｐ１が位置するように、制御部１３によってニードル駆動部１０を運転することによって、液溜り１４を切り離す際の応答性向上に繋げることができる。その結果、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４から切り離される位置が狙い通りとなる。これにより、塗布終端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できた。また、終端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できる。
− 条件６ −
条件５では、ニードル６の側面部のナノＡｇインクの接触角がθ２＝１５°、ニードル先端面１９のナノＡｇインクの接触角がθ３＝１５°であったが、この条件６では、ニードル先端面１９の接触角θ３を１０°とした。その他の条件は条件５と同じとした。また、条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を図６に示す。
条件５では、ニードル６の側面部のナノＡｇインクの接触角がθ２＝１５°、ニードル先端面１９のナノＡｇインクの接触角がθ３＝１５°であったが、この条件６では、ニードル先端面１９の接触角θ３を１０°とした。その他の条件は条件５と同じとした。また、条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を図６に示す。
この条件６では、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、条件５の場合と比べてニードル先端面１９に液溜り１４を保持できる効果が向上できる。その結果、液溜り１４の伸縮の高速化が実現できると共に、液溜り１４が途切れることなく安定した連続塗布が実現できる。
また、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、条件５の場合と比べて、塗布終端において、ニードル先端面１９に液溜り１４を保持できる効果が向上できることから、液溜り１４を切り離す際の応答性向上に繋げることができる。その結果、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４から切り離される位置が狙い通りとなる。これにより、塗布終端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できた。また、終端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できる。
− 条件７ −
条件５と条件６では、ニードルテーパー部２４のナノＡｇインクの接触角は単一であったが、この条件７では、図１０に示すように、液体塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４側に出ているニードル６の側面部に、ナノＡｇインクの接触角が異なる領域２５，２６を形成したことだけが異なっている。その他の条件は条件６と同じとした。
条件５と条件６では、ニードルテーパー部２４のナノＡｇインクの接触角は単一であったが、この条件７では、図１０に示すように、液体塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４側に出ているニードル６の側面部に、ナノＡｇインクの接触角が異なる領域２５，２６を形成したことだけが異なっている。その他の条件は条件６と同じとした。
ここでは図１１に示すように、ノズル側の領域２５の接触角はθ６＝１５°、ニードル先端側の領域２６の接触角はθ７＝１３°とした。条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を図６に示す。
この条件７では、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、条件５の場合と比べてニードル先端に液溜り１４を保持できる効果が向上できる。加えて、塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４側に出ているニードルテーパー部２４において、ノズル側の領域２５の接触角θ６を先端側の領域２６の接触角θ７以上とすることで、条件６の場合と比べてニードル先端面１９にナノＡｇインク１６を保持できる効果が向上できる。その結果、液溜り１４の伸縮の高速化が実現できると共に、液溜り１４が途切れることなく安定した連続塗布が実現できる。
また、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、塗布終端においては、条件５の場合と比較してニードル先端面１９に液溜り１４を保持できる効果が向上できることから、液溜り１４を切り離す際の応答性向上に繋げることができる。加えて、塗布時にノズル先端面１５よりも塗布対象物４側に出ているニードルテーパー部２４において、ノズル側の領域２５の接触角θ６を先端側の領域２６の接触角θ７以上とすることで、条件６の場合と比べてニードル先端面１９にナノＡｇインク１６を保持できる効果が向上できる。その結果、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４から切り離される位置が狙い通りとなる。これにより、塗布終端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できた。また、終端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できる。
− 条件８ −
条件７では、θ６＝１５°、θ７＝１３°であったが、この条件８では、θ６＝１５°、θ７＝１０°とした。その他の条件は条件７と同じとした。また、条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を図６に示す。
条件７では、θ６＝１５°、θ７＝１３°であったが、この条件８では、θ６＝１５°、θ７＝１０°とした。その他の条件は条件７と同じとした。また、条件１と同様の指標を用いた塗布始終端の状態の評価結果を図６に示す。
この条件８では、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、条件５と比べてニードル先端に液溜り１４を保持できる効果が向上できる。加えて、塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４側に出ているニードルテーパー部の先端側の領域２６の接触角θ７をニードル先端面１９の接触角θ３と等しくすることで、条件７の場合と比べてノズル先端にナノＡｇインク１６を保持できる効果が向上できる。その結果、液溜り１４の伸縮の高速化が実現できると共に、液溜り１４が途切れることなく安定した連続塗布が実現できる。
また、ニードル先端面１９が最も接触角が低いため、塗布終端において、条件５の場合と比べてニードル先端に液溜り１４を保持できる効果が向上できる。加えて、塗布時にノズル先端面１８よりも塗布対象物４側に出ているニードルテーパー部２４の先端側の領域２６の接触角θ７をニードル先端面１９の接触角θ３と等しくすることで、条件７の場合と比べてノズル先端にナノＡｇインク１６を保持できる効果が向上できる。その結果、塗布を終了するためのノズル２と塗布対象物４との相対的な移動を停止するタイミング制御が容易になると共に、液溜り１４が塗布対象物４から切り離される位置が狙い通りとなる。これにより、塗布終端においても、線幅の太りや途切れが生じることなく、精密な塗布が実現できた。また、終端における塗布に要する時間が短縮できるため、生産タクトの短縮を実現できる。
本発明は、高速かつ連続的に直線性の高いパターンを精密に形成することを可能とするため、例えば、有機ＥＬやプラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、タッチパネル、回路基板、半導体、太陽電池、リチウム２次電池などのデバイスを生産する印刷製造工程に適用できる。
１ 液体
２ ノズル
３ ノズル先端
４ 塗布対象物
５ 電源部
６ ニードル
７ 液体供給部
８ 電極板
９ ノズル駆動部
１０ ニードル駆動部
１１ ステージ
１２ ステージ駆動部
１３ 制御部
１４ ノズル先端の液溜り
１５ ノズル先端でのノズル内径
１６ ナノＡｇインク
１７ ノズル先端でのニードル直径
１８ ノズル先端面
１９ ニードル先端面
２０ ニードル側面
２１ ノズル先端面におけるノズル内壁とニードル側面との隙間
２２ ノズル先端面よりも突出しているニードルの側面における接触角θ４の領域
２３ ノズル先端面よりも突出しているニードルの側面における接触角θ５の領域
２４ ニードルテーパー部
２５ ニードルテーパー部の側面部におけるノズル側の接触角θ６の領域
２６ ニードルテーパー部の側面部における先端側の接触角θ７の領域
２ ノズル
３ ノズル先端
４ 塗布対象物
５ 電源部
６ ニードル
７ 液体供給部
８ 電極板
９ ノズル駆動部
１０ ニードル駆動部
１１ ステージ
１２ ステージ駆動部
１３ 制御部
１４ ノズル先端の液溜り
１５ ノズル先端でのノズル内径
１６ ナノＡｇインク
１７ ノズル先端でのニードル直径
１８ ノズル先端面
１９ ニードル先端面
２０ ニードル側面
２１ ノズル先端面におけるノズル内壁とニードル側面との隙間
２２ ノズル先端面よりも突出しているニードルの側面における接触角θ４の領域
２３ ノズル先端面よりも突出しているニードルの側面における接触角θ５の領域
２４ ニードルテーパー部
２５ ニードルテーパー部の側面部におけるノズル側の接触角θ６の領域
２６ ニードルテーパー部の側面部における先端側の接触角θ７の領域
Claims (9)
- 液体が収容されたノズルのノズル先端を塗布対象物に対向させて配置し、前記液体と前記塗布対象物の間に塗布時に電位差を印加して前記ノズル先端に前記塗布対象物の側に向かって伸びる液溜まりを形成するとともに、前記塗布時に、前記ノズルの中に配置されたニードルの先端を前記液溜まりに突出させて、前記液溜まりの先端を前記塗布対象物に接触させる
静電塗布方法。 - 塗布終了時に、電位差を前記塗布時よりも小さくするとともに前記ニードルの先端を前記ノズル先端よりも前記ノズルの内部に後退させる
請求項１に記載の静電塗布方法。 - ノズル内の液体と塗布対象物の間に電位差を印加することで前記液体を前記ノズルから引き出して塗布対象物に塗布する静電塗布装置であって、
前記液体と前記塗布対象物間に所定の電圧を印加する電源部と、
前記ノズルの中で上下運動可能なニードルと、
前記ニードルを上下駆動するニードル駆動部と、
塗布時に、前記ノズル先端に前記塗布対象物の側に向かって伸びる前記液体の液溜まりを形成するように前記電源部を制御するとともに、前記ニードルの先端を前記液溜まりに突出させるように前記ニードル駆動部を運転して、前記液溜まりの先端を前記塗布対象物に接触させる制御部とを有する
静電塗布装置。 - 前記制御部を、前記液体の非塗布時に、前記ニードルを先端が前記ノズル内部に位置するまで上昇させるように構成した
請求項３に記載の静電塗布装置。 - 前記ニードルは、先端に向かい次第に細くなるテーパー部を有する
請求項３または４に記載の静電塗布装置。 - 前記制御部を、前記液体の非塗布時に、前記ノズルの先端よりも内部側に前記ニードルの前記テーパー部の開始位置が位置するように前記ニードル駆動部を運転するように構成した
請求項５に記載の静電塗布装置。 - 前記ノズルの先端の端面における前記液体の接触角をθ１、前記ニードルの側面における前記液体の接触角をθ２、前記ニードルの先端における前記液体の接触角をθ３としたとき、θ１＞θ２及びθ１＞θ３であることを特徴とする
請求項５または６に記載の静電塗布装置。 - 前記液体の塗布時に前記ノズルの先端よりも前記塗布対象物の側に出ている部分において、前記ニードルの側面の前記液体の接触角がθ２である領域よりも、前記ニードルの先端の側に前記液体の接触角がθ４である領域を有し、θ２≧θ４であることを特徴とする
請求項７に記載の静電塗布装置。 - 前記液体の塗布時の前記ノズルの先端において、前記ニードルの直径よりも前記ノズルの内壁と前記ニードルの外壁との隙間の方が大きいことを特徴とする
請求項３〜８のいずれかに記載の静電塗布装置。
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