专利名称：微区块涂布装置及其方法
技术领域：
本发明是关于一种涂布装置及其方法，特别是关于一种微区块涂布装 置，可应用于液晶平面显示器的彩色滤光片及电浆显示器模块内荧光层的 彩色单位的制作，或生医产品、软性电子与电池等的生产。
背景技术：
随着信息科技的发展，平面显示器已逐渐取代传统阴极射线影像显示 器，而以平面显示器中市场占有率最高的液晶平面显示器为例，其组成包括背光源、偏光版、玻璃基材、液晶、薄膜晶体管(TFT)、彩色滤光片(CF) 等等。而彩色滤光片是直接决定彩色液晶平面显示器的色彩特性、对比的 重要零组件。液晶平面显示器(LCD)的彩色滤光片及电浆显示器(PDP)模块内荧光 层的彩色单位等结构是将黑白平面显示器转化为全彩化的重要零组件。而 以液晶平面显示器的彩色滤光片为例，其主要结构是有许多红、绿、蓝图 素排列于在玻璃基板上，几个图素(一般为三个)对应于显示器上的一个画 素，当白光通过三色图素后会产生红、绿、蓝三原色光，再透过液晶分子 所产生的灰阶效果，混合后形成各种色彩。彩色滤光片的制作方法可分为 三类，目前最常被使用的方式是曝光显影法，其重复涂布一平整液膜再以 曝光显影的方式来定义图案，此类包括染色法、颜料分散法、电着法等； 而另一方式为转印法，以图章定义图案，将颜料盖印般转印制于基板上； 最后一类为喷墨法，以喷嘴将微液滴喷至基板上直接操作出微区块图案。本发明所欲解决的技术问题在前述传统第一类的曝光显影法中，必须先涂布出平整液膜，目前最 常被使用的涂布方式为旋涂(spin coating)(如美国专利4451507号)，但由于其原料使用率非常低，因此近几年开始发展其它涂布技术，如挤压旋转式涂布(extrusion spin coating)(如美国专利6191053号)及狭缝区块 涂布(slot patch coating)(如美国专利4938994号)，此二者的方法可以 提高原料使用率形成平整液膜。而染色法、颜料分散法、及电着法的差别 在于其涂布的液膜原料用途不同，因而造成制程步骤的差别。在传统的染色法(dyeing)中(如美国专利4744635号)，其是以透明性的有机感光材料作为吸收层，并利用微影蚀刻技术，进行图案化加工，然 后将此吸收层材料含浸于染料溶液中染色，此制程必须经过三次涂布、曝 光显影、染色、烘烤、及防染等制程步骤，才可得到R(红)、G(绿)、B(蓝) 三色图案。此技术不但制程步骤繁复、仪器设备成本高昂、且染料的耐热 性及耐旋光性不佳，仅适合小型彩色液晶面版及早期的映像管等应用。 在现有的颜料染色法(pigment disperse)(如美国专利5085973、 4786148 号)，其是为目前制作彩色滤光片最为普遍的方法。此方法使用具有感光 反应与热硬化特性的颜料，其制程步骤为在遮光层形成的玻璃基板上涂 布着色材料，经过曝光显影烘烤等步骤，制作出单色微影色块，重复步骤 制作RGB三图素。此方法制程繁复所需时间长，设备价格昂贵，着色材料 使用率低，以及图素图案可变性低，因此无法因应未来的大型面版、及低 价位的需求。在现有的电着法(electro d印osition)中(如美国专利4522691号)， 此法是在玻璃基板上形成图案化透明的导电膜后，利用电泳动原理将着色 材料的膜形成于图案化的膜上，重复此步骤三次后，则可得到RGB三色块 图案。此方法除了曝光显影的技术外，仍须电着涂装技术的配合，因此制 程参数众多，较难精确控制生产良率，而其最大的缺点是多了一透明层导 电膜，降低产品的透光率及分辨率，且此方法的图案配置受限，因此无法 产生图样较复杂的彩色滤光片。综合以上叙述，第一类方法，由于无法在涂布时直接定义图样，必须 经由曝光显影步骤移除多余的原料，因此在整个制程中原料使用率不到有 1/3，无法合乎大量生产，低成本的需求。而第二类方法为转印法(stamping)(如中国台湾专利00535010号)，此方法将制有微结构图案的图章或印刷版，沾染一层染料后，压印于基板上，形成微结构图案，再进行烘烤，经过三次步骤后即可制作出RGB三色块图案。此方法在材料使用率上和工程制造低成本上居于有利的地位，但 其图案的可变动性较低，因此较难随意变更图素的排列图形。最后一类方法为喷墨法(ink-jet printing)(如中国台湾专利 00512242号)，可直接控制喷头位置来决定图样。此方法的制程步骤如下首先在玻璃基板上涂布一层吸膜层，以确保墨滴能稳定沾附于玻璃基板 上，再利用喷头直接将RGB三色液滴喷于基板上，而形成所需的图样。此方法解决传统旋转涂布及曝光显影的原料使用率低的问题，且图案的可变 动性又较转印法高。但由于此法基本上是集多点成线、成面，每颗液滴必 须准确喷入微米或更小的区块中，且液滴飞行的行径中易受气流干扰，则 容易喷入其它色块而造成污染，故所需机台的定位精度高且移动速度也受 限制，因此此方法至今尚未正式导入生产；除此之外，由于每一组喷头一 次只能喷出一颗液滴，生产效能太低，为了解决此问题必须增加喷头数目 (增加成本)，而平行进行喷滴动作时，同时必须确定所有喷头状况良好， 没有堵塞与异常状况。而若此方法运用在大尺寸面版上还有机台放大但仍 须保持高度机动及均匀性等问题，在未来电视屏幕大面积化的趋势下尚待 积极克服。发明内容本发明的主要目的即是提供一种微区块涂布装置，以解决以上三类传 统方法中所存在的缺失。本发明所设计的微区块涂布装置是将选定的至少 一种主要流体及次要流体导入至一具有微信道结构的涂布模块中，并通过 由相互截断的方式形成一微二相流，再将该微二相流导出于该涂布模块， 再通过由涂布模块与待涂布基板两者平行相对移动下，使该涂布模块导出 的微二相流涂布于该待涂布基板上的预定位置而形成微区块。本发明的另一目的是提供一种非连续涂布方式，本发明是以非连续狭 缝式涂布的供应流体，产生间断性的供应源，移动涂布模块或基板将间断 的主要流体涂布于基板上，而产生所需的微区块图案。本发明解决问题的技术手段本发明是以一不互溶次要流体截断主要流体供应源，产生一非连续供 应流，经由涂布模块将其非连续供应流涂布于基板上，而提供非连续式涂 布，经由两相流体的比例及控制涂布模块与涂布基板的相对移动来定义涂 布区块图案。本发明以两异相流体相互截断产生间断流体供应源，移动涂布模块或 基板将其间断流体供应源涂布于基板上。以彩色滤光片为例，可在基板上而产生所需的RGB三色块的图案。本发明微区块非连续涂布是为一种新式的非连续涂布技术，此技术以两相 流体相互截断产生非连续供应流，涂布于基板上产生微区块。此技术是产 生一非连续供应流，经由涂布模块将其涂布于涂布基板上产生微区块结 构。利用一不互溶的次要流体截断连续供应的主要流体，产生一非连续供 应流，经由涂布模块内部结构的导引，流出涂布模块，于涂布基板上形成 不连续的微区块结构。本发明对照先前技术的功效本发明所采用的方法不只可以解决旋涂及曝光显影造成的原料使用 率低的问题，亦可使用于大型面版的涂布。本发明的技术解决了喷墨法的 良率及生产效能低的问题，且又较转印法图案的可变性高。此方法可以大 量降低制作成本，提升生产效能，亦能满足未来大面积面版与复杂微结构 图案设计的需求。再者，本发明比目前被广泛使用但需要经过多道曝光显影步骤的制程 有较高的原料使用率，且耗时低。除此之外，此方式经由改变两相流体的 比例及控制涂布模块与涂布基版的相互运动来决定涂布图案，且流体经过 模块直接涂布于基板上，因此较转印法有更高的图案可变动性；又因此法跳过以点联机及面的过程，因此与喷墨法相比不需太高的定位精度并有更 高的产出率。本发明所采用的具体实施例，将通过由以下的实施例及附呈图式作进 一步的说明。
图.l是为本发明微区块涂布装置第一实施例的立体结构图；图2是显示图1中微区块涂布装置的涂布模块内部微信道结构的配置 示意图；图3是显示图2中3-3断面的剖视图；图4是显示本发明中， 一主要流体入口所供应的主要流体与次要流体 入口所供应的次要流体在经过微二相流产生器的后，由微二相流输出区段 产生一微二相流的示意图；图5是显示本发明的设计中，微区块涂布装置的涂布模块由一涂布模 块驱动机构驱动而可与待涂布基板进行相对位移的动作示意图；图6是显示本发明的设计中，待涂布基板可由一基板驱动机构驱动而 可与微区块涂布装置的涂布模块进行相对位移的动作示意图；图7是显示本发明微区块涂布装置将微二相流涂布于待涂布基板上的 涂布图素排列示意图；图8是显示本发明微区块涂布装置将微二相流涂布于待涂布基板上的 另一涂布图素排列示意图；图9是显示本发明的操作流程图；图10是为本发明微区块涂布装置第二实施例的涂布模块内部微信道 结构的配置示意图；图11是显示图10中11-11断面的剖视图。主要组件符号说明100 1lalla、 llb、 lie lla， 、 llb， 、 lie 111、 112、 113 12微区块涂布装置 涂布模块涂布模块驱动机构主要流体入口主要流体导引通道主要流体缓冲区次要流体入口12a、 12b、 12c 次要流体导引通道13 微二相流13a、 13b、 13c 微二相流输出区段131、 132、 133 微二相流导入端14 流体出口14a、 14b、 14c 微二相流体输出端2a、 2b、 2c 主要流体2a' 主要流体的预定长度区段3 次要流体3' 次要流体的预定长度区段4 微信道结构5a、 5b、 5c 微二相流产生器5al 截流器6 待涂布基板6a 基板驱动机构7a、 7b、 7c 微区块I 水平方向具体实施方式
请参阅图1至图3所示，图1是为本发明微区块涂布装置较佳实施例 的立体结构图，图2是显示图1中微区块涂布装置的涂布模块内部微信道 结构的配置示意图，而图3是显示图2中3-3断面的剖视图。本发明的微 区块涂布装置100包括一涂布模块1，在该涂布模块1的选定位置处配置 有数个主要流体入口 lla、 llb、 llc及一次要流体入口 12。各主要流体入 口 lla、 llb、 11c是用以提供一主要流体2a、 2b、 2c至该涂布模块l中， 该主要流体2a、 2b、 2c例如可为蓝、绿、红三个不同成分的色料。该次 要流体入口 12是用以提供一次要流体3至该涂布模块1中，且该次要流 体的个数不限为一，可依主要流体种类分别配置选用。且该涂布模块1内部是形成有一微信道结构4，并在该涂布模块1的底缘是形成有一流体出口 14。各主要流体入口 lla、 llb、 llc与该次要流 体入口 12均是分别连通于该微信道结构4。该微信道结构4是包括有数个主要流体缓冲区111、 112、 113、数个 主要流体导引通道lla' 、 lib' 、 llc'、数个次要流体导引通道12a、 12b、 12c和数个微二相流输出区段13a、 13b、 13c，各主要流体缓冲区111、 112、 113是分别连通于各主要流体入口 lla、 llb、 llc，而各次要流体导 引通道12a、 12b、 12c是连通于该次要流体入口 12，且各主要流体缓冲区 111、 112、 113是介于各主要流体入口 lla、 llb、 llc和各主要流体导引 通道lla' 、11b' 、11c'之间，各主要流体导引通道lla' 、11b' 、11c' 的直径是小于各主要流体缓冲区111、 112、 113流道的直径，各主要流体 缓冲区lll、 112、 113流道的直径是等于各主要流体入口 lla、 llb、 llc 的直径，并且其中各主要流体导引通道lla' 、 lib' 、 llc'与各次要流 体导引通道12a、 12b、 12c之间是分别设置有微二相流产生器5a、 5b、 5c。各微二相流输出区段13a、 13b、 13c的两端是分别包括有一微二相流 导入端131、 132、 133和一微二相流体输出端14a、 14b、 14c，其中各微 二相流导入端131、 132、 133是连通于各微二相流产生器5a、 5b、 5c，用 以导入各微二相流产生器5a、 5b、 5c所产生的微二相流13，而各微二相 流体输出端14a、 14b、 14c是形成在该涂布模块1的底缘，且与待涂布基 板6的表面保持一预定距离，用以将各个微二相流输出区段13a、 13b、 13c 所导出的微二相流13导出该涂布模块1的流体出口 14。在实际应用上，该次要流体3可为与主要流体2a、 2b、 2c不互溶的 液体或气体。该微二相流13导出于该涂布模块1的流体出口 14后，通过 由该涂布模块1与该待涂布基板6两者平行相对移动下，使该微二相流13 涂布于该待涂布基板6上的预定位置，若该次要流体3为气体，则可直接 形成微区块7a、 7b、 7c;若该次要流体3为与主要流体2a、 2b、 2c不互 溶的液体，则可经烘干使其该次要流体3挥发而留下主要流体2a、 2b、 2c并形成7a、 7b、 7c的微区块。图4是显示本发明中，其中一个主要流体入口 lla所供应的主要流体 2a与次要流体入口 12所供应的次要流体3在经过微二相流产生器5a的 后，由微二相流输出区段13a产生一微二相流13的示意图。如图所示， 该微二相流产生器5a是设置于该主要流体导引通道lla'和该次要流体 导引通道12a的结合处，且该微二相流产生器5a是包括有一截流器5al， 该截流器5al是以阀门的构件型态予以说明，当然亦可使用无阀门的混合 式等多种方式达到相同的功能。欲涂布的主要流体2a是由该主要流体入口 lla导入而流入该主要流 体缓冲区lll再流至该主要流体导引通道lla'，该次要流体3则由该次 要流体入口 12导入而流至该次要流体导引通道12a;该截流器5al使流至 该主要流体导引通道lla'的主要流体2a在导入该微二相流输出区段13a 一预定长度区段2a'的后予以截断，而后该截流器5al改使流至该次要流 体导引通道12a的该次要流体3在导入该微二相流输出区段13a —预定长 度区段3'的后予以截断，如此重复作动而在该微二相流输出区段13a形 成该微二相流13。其中该次要流体3为一与主要流体2a不互溶的流体。前述的实施例中，该微二相流产生器是形成在该涂布模块l内部的微 信道结构4，以使导入至该涂布模块1的主要流体及次要流体得以相互截 断形成一微二相流。在实际的应用时，亦可将该微二相流产生器形成在该 涂布模块1的外部，同样可以使主要流体及次要流体相互截断形成一微二 相流。图5是显示本发明的设计中，微区块涂布装置的涂布模块由一涂布模 块驱动机构驱动而可与待涂布基板进行相对位移的动作示意图。如图所 示，本发明微区块涂布装置100的涂布模块1是位于该待涂布基板6上方 的一预定距离，该涂布模块1是由一涂布模块驱动机构la所驱动，而沿 着一水平方向I往复移动，该水平方向I是平行于该待涂布基板6，以使该涂布模块1与该待涂布基板6两者在微区块的涂布作业时进行相对移动。其中该涂布模块驱动机构la是一可变速的平台输送装置，用以调整 该涂布模块l的移动速率。图6是显示本发明的设计中，待涂布基板可由 一基板驱动机构驱动而可与微区块涂布装置的涂布模块进行相对位移的 动作示意图。如图所示，该待涂布基板6是位于本发明微区块涂布装置100 的涂布模块1下方一预定距离，且该待涂布基板6是由一基板驱动机构6a 所驱动，而沿着一水平方向I往复移动，该水平方向I是平行于该涂布模 块1，以使该涂布模块1与该待涂布基板6两者在微区块的涂布作业时进 行相对移动。其中该基板驱动机构6a是一可变速的平台输送装置，用以 调整该待涂布基板6的移动速率。此外，该涂布模块驱动机构la与该基板驱动机构6a亦可同时分别驱 动该涂布模块1和该待涂布基板6沿着该水平方向I彼此平行相对移动， 以加速微区块涂布作业的进行而提升生产效能。在实际应用上，若该次要 流体3为气体，亦可将该涂布模块1或该待涂布基板6在水平方向I移动 时配合垂直于图五纸面的运动以产生不同的涂布图素排列，如下述第七和 图8所示。图7是显示本发明微区块涂布装置将微二相流涂布于待涂布基板上的 涂布图素排列示意图，图8是显示本发明微区块涂布装置将微二相流涂布 于待涂布基板上的另一涂布图素排列示意图。如图所示，当该微二相流13 导出于该涂布模块1的流体出口 14后，通过由该涂布模块1与该待涂布 基板6两者平行相对移动下，使该微二相流13涂布于该待涂布基板6上 的预定位置，而形成微区块7a、 7b、 7c，而由于该主要流体2a、 2b、 2c 可为蓝、绿、红(B、 G、 R)三个不同成分的色料，因而该微区块7a、 7b、 7c是依蓝、绿、红(B、 G、 R)的顺序排列成方形数组的图素。而当该次要流体3为气体时，亦可将该1涂布模块或待涂布基板6在 水平方向I移动时配合垂直于图五纸面的运动而将该微区块7a' 、 7b'、7C'产生不同的涂布图素排列，如图8所示。图9是显示本发明的操作流程图，兹配合前述实施例的图式对本发明的整个操作流程作一说明。首先，是制备一涂布模块(步骤101)，在该涂布模块内部具有微信道结构，且该微信道结构具有至少一主要流体入口、至少一次要流体入口、 至少一微二相流输出区段、及至少一流体出口。在制备好该涂布模块的后，即可供应一主要流体经由该主要流体入口送入该微信道结构中(步骤102)，以及供应一次要流体经由该次要流体入 口送入该微信道结构中(步骤103)。将该导入的主要流体及次要流体相互截断(步骤104)，而形成一预定 长度区段的主要流体与预定长度区段的次要流体重复间隔形成的微二相 流。将该微二相流导入至该微二相流输出区段(步骤105),再由该微二相 流输出区段的微二相流体输出端将该微二相流导出于该涂布模块的流体 出口(步骤106)。最后，使该涂布模块与待涂布基板两者平行相对移动，使该导出于该 涂布模块的微二相流涂布于该待涂布基板上的预定位置，若次要流体为气 体，则可直接形成微区块(步骤107a);若次要流体为与主要流体为不互溶 的液体，则可烘干使其留下主要流体形成微区块(步骤107b)。图10是为本发明微区块涂布装置第二实施例的涂布模块内部微信道 结构的配置示意图。如图所示，此实施例的结构设计大致上与前一实施例 相同，故相同的构件乃标示以相同的组件编号，以资对应。其差异在于该 次要流体入口 12是配置于各主要流体入口 lla、 llb、 llc的正下方，且各次要流体导引通道12a、 12b、 12c亦是设置于各主要流体导引通道 lla， 、 lib' 、 llc'的正下方。图11是显示图10中11-11断面的剖视图。如图所示，该主要流体2a由该主要流体入口 lla导入后，经由该主要流体缓冲区111流进该主要流 体导引通道lla'而流至该微二相流产生器5a;该次要流体3由该次要流 体入口 12导入后，流进该次要流体导引通道12a而流至该微二相流产生 器5a;该微二相流产生器5a将该主要流体2a与该次要流体3相互截断而 于该微二相流输出区段13a形成该微二相流13，并经由该微二相流体输出 端14a将该微二相流13导出于该涂布模块1。通过由上述的本发明微区块涂布装置实施例可知，本发明微区块涂布 装置确具产业上的利用价值。惟以上的实施例说明，.仅为本发明的较佳实 施例说明，凡习于此项技术者当可依据本发明的上述实施例说明而作其它 种种的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及变化， 当仍属于本发明的发明精神及界定的专利范围内。
权利要求
1. 一种微区块涂布装置，用以在一待涂布基板上涂布微区块，其特征在于该微区块涂布装置包括一涂布模块；一微信道结构，形成在该涂布模块内部；至少一主要流体入口，连通于该涂布模块中的微信道结构，用以提供一主要流体至该微信道结构中；至少一次要流体入口，连通于该涂布模块中的微信道结构，用以提供一次要流体至该微信道结构中；至少一微二相流产生器，连通于该微信道结构的主要流体入口及该次要流体入口，以分别导入该主要流体及次要流体，并将该主要流体与次要流体相互截断形成一微二相流；至少一微二相流输出区段，具有一微二相流导入端及一微二相流体输出端，其中该微二相流导入端是连通于该微二相流产生器，用以导入该微二相流产生器所产生的微二相流，而该微二相流体输出端是形成在该涂布模块的底缘，且与待涂布基板的表面保持一预定距离，用以将该微二相流导出该涂布模块；其中该微二相流导出于该涂布模块的后，通过由该涂布模块与待涂布基板两者平行相对移动下，使该微二相流涂布于该待涂布基板上的预定位置而形成微区块。
2. 如权利要求1所述的微区块涂布装置，其特征在于，该次要流体为 一与主要流体不互溶的液体或气体。
3. 如权利要求1所述的微区块涂布装置，其特征在于，该微二相流产 生器是包括有一截流器，以使该主要流体在导入微二相流输出区段一预定 长度区段的后予以截断，改由次要流体导入至该微二相流输出区段一预定长度区段，如此重复作动而在该微二相流输出区段形成该微二相流。
4. 如权利要求1所述的微区块涂布装置，其特征在于，该涂布模块是 由一涂布模块驱动机构所驱动，以使该涂布模块与该待涂布基板两者在微 区块的涂布作业时进行相对移动。
5. 如权利要求4所述的微区块涂布装置，其特征在于，该涂布模块驱 动机构是一可变速的平台输送装置，用以调整该涂布模块的移动速率。
6. 如权利要求1所述的微区块涂布装置，其特征在于，该待涂布基板 是由一基板驱动机构所驱动，以使该涂布模块与该待涂布基板两者在微区 块的涂布作业时进行相对移动。
7. 如权利要求6所述的微区块涂布装置，其特征在于，该基板驱动机 构是一可变速的平台输送装置，用以调整该待涂布基板的移动速率。
8. —种微区块涂布方法，用以在一待涂布基板上涂布微区块，其特征 在于，该微区块涂布方法包括下列步骤(a) 制备一涂布模块，在该涂布模块内部具有微信道结构，且该微信 道结构具有至少一主要流体入口、至少一次要流体入口、至少一微二相流输出区段、及至少一流体出口；(b) 供应一主要流体经由该主要流体入口送入该微信道结构中； (C)供应一次要流体经由该次要流体入口送入该微信道结构中；(d) 将该导入的主要流体及次要流体相互截断，而形成一预定长度区段的主要流体与预定长度区段的次要流体重复间隔形成的微二相流；(e) 将该微二相流导入至该微二相流输出区段的微二相流导入端，再由该微二相流输出区段的微二相流体输出端将该微二相流导出于该涂布模块的流体出口；(f) 使该涂布模块与待涂布基板两者平行相对移动，使该导出于该涂 布模块的微二相流涂布于该待涂布基板上的预定位置，若次要流体为气 体，则可直接形成微区块；若次要流体为与主要流体为不互溶的液体，则可烘干使其留下主要流体形成微区块。
9. 如权利要求8所述的微区块涂布方法，其特征在于，该次要流体为一与主要流体不互溶的液体或气体。
10. 如权利要求8所述的微区块涂布方法，其特征在于，步骤(f)中，该涂布模块与待涂布基板的平行相对移动，是由该涂布模块相对于该待涂 布基板进行移动。
11. 如权利要求8所述的微区块涂布方法，其特征在于，步骤(f)中，该涂布模块与待涂布基板的平行相对移动，是由该待涂布基板相对于该涂 布模块进行移动。
12. 如权利要求1所述的微区块涂布装置，其特征在于，该微二相 流产生器是为无阀门混合式。
全文摘要
本发明一种微区块涂布装置及其方法，是在一涂布模块内部形成有一微信道结构，且该微信道结构中包括有至少一主要流体入口、至少一次要流体入口、至少一微二相流产生器，连通于该微信道结构的主要流体入口及该次要流体入口，以分别导入主要流体及次要流体，并将该主要流体与次要流体相互截断形成一微二相流。该微二相流产生器所产生的微二相流经由一微二相流输出区段导引后，再由该微二相流输出区段的导出端导出于该涂布模块。通过由该涂布模块与待涂布基板两者平行相对移动下，使该涂布模块导出的微二相流涂布于该待涂布基板上的预定位置而形成微区块。
文档编号G02B5/23GK101264475SQ20071008009
公开日2008年9月17日 申请日期2007年3月12日 优先权日2007年3月12日
发明者李世光, 林怡君, 王安邦, 王怡华 申请人:王安邦