JP2006159185A - 液滴塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に点在する所望箇所に対して効率よく吐出動作を行うことのできるインクジェット方式等による製造装置を提供する
【解決手段】液滴吐布装置は、基板５０を保持しＡ方向に往復動作可能なステージ１１と、往復動作方向と略直交方向であるＢ方向に横断する略平行な複数のビーム１２とを備えている。各ビーム１２は、ステージ１１に対向して複数の液滴吐出ユニット２を備え、各液滴吐出ユニット２は、移動可能領域においてＢ方向にスライダ機構２０により独立移動可能となっている。
【選択図】図1

Description

本発明は、インクジェット方式等により基板上に液滴を塗布する液滴塗布装置に関する。

近年、インクジェット技術は紙媒体上に画像を形成するプリンター装置としてだけでなく、製造装置としての用途が期待されている。例えば、特許文献１では、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、プラズマディスプレイ、電子放出素子、電気泳動表示装置などの製造装置として、インクジェット方式による液滴吐出素子を搭載した装置の構成が示されている。この特許文献１では、基板上への着弾位置精度を向上させるために、装置基体を石定盤として、基板を同一方向に搬送するステージと、ステージ進行方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させるキャリッジ機構を、それぞれ石定盤上に直結して設けている。

インクジェット方式による汎用プリンターには、通常は液滴を吐出させる素子として１５０〜３００ノズル／インチの間隔でノズル孔が規則配列した幅１／２〜２インチのインクジェットヘッド素子を各色毎に数個ずつ搭載した１個のインクジェットヘッドユニットを用いて画像を形成する。方法としては、記録紙を紙送りローラーで送りつつ、記録紙の搬送方向に対して直交する方向に複数回走査することで、記録紙に画像を形成していた。

インクジェット方式を製造装置として用いる場合でも、インクジェットヘッド素子は汎用プリンター用と同等であり、ノズル列方向のサイズは高々１〜２インチ程度しかないのが現状である。

一方、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、電子放出素子、電気泳動表示装置の製造プロセスは、大面積基板を使用して採れ数を増やすことで低コスト及ぶタクトの短縮を図る傾向にあり、インクジェット方式によりこれらを製造するためには、一辺数ｍにも及ぶ大面積基板に対応できる装置が必要とされてきた。

大面積基板に対して高速で処理できるインクジェット方式を用いた製造装置としては、複数のインクジェットヘッド素子を並べて基板サイズ以上の長さにしたラインヘッド方式がある。この方式は、高々１〜２インチの幅のインクジェット素子を、基板サイズに至る長さまで千鳥配列させるものであり、基板サイズが数ｍとすると少なくとも１００〜２００個のヘッドを配列させる必要がある。この方式による装置は、例えばカラーフィルター基板のような基板全面に吐出を必要とし、さらに吐出箇所が規則的である場合には、非常に効果的であるといえる。

しかしながら、このラインヘッド方式は、例えば、特許文献２に示されているカラーフィルター基板の修復方法には、不適なものとなる。この特許文献２は、カラーフィルター基板の製造方法の一部として、カラーフィルタ基板に着色不良部分があった場合に不良箇所のみにカラーフィルター材料を吐出させるものである。このようなカラーフィルター基板に点在する不良箇所を修正する手段としてラインヘッド方式を用いると、基板全面に液滴を吐出させるのと同一の処理時間を要する上に、殆どが吐出されない非動作ノズルとなり、ノズル詰まりを発生しやすい。さらに全てのノズルに対してメンテナンス動作を行うことが必要で、不要な廃液が増加する。また、吐出量を均一化させたい場合において、ラインヘッド方式では、点在する所望箇所に対して液滴を吐出させるだけにもかかわらず、合計数千個にも及ぶノズルに対して逐一吐出量補正を行うことが必要となり極めて非効率的であった。

また、汎用プリンターで多用されてきたインクジェットヘッドユニットを同一上で複数往復させる方式では、インクジェットヘッドユニットの走査距離は増加する上に、安定動作の面で走査速度にも限界があり、処理時間が短縮できない。

さらに、大面積基板上の全面に限らず、所望の箇所に液滴を効率よく吐出させたいという要望は、カラーフィルターの修復に限らず様々な製造分野で今後求められるものである。
特開２００３−１９１４６２号 特開２００３−６６２１８号

以上のように、大面積基板に対応できる方式であって、点在する複数の所望箇所に効率的に液滴を吐出させることのできる装置の開発が望まれていた。そして、必須ではないものの、その装置が全面吐出にも対応できるものであることが望ましかった。

本発明は、大面積基板に点在する所望箇所に対して効率よく吐出動作を行うことのできるインクジェット方式による液滴塗布装置を提供する。さらに、望ましくは大面積基板上の全面吐出にも対応できる上記装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、基板に対向配置され、基板面の第１の方向に独立して移動可能な複数の液滴吐出ユニットを有する。この複数の液滴吐出ユニットは、液滴を前記基板に吐出することにより該基板の所定の部分に該液滴を塗布する。そして、前記液滴吐出ユニットを前記第１の方向に直交する第２の方向に相対移動させる移動機構を有する。前記液滴吐出ユニットを基板の任意の位置に移動させて液滴を吐出させる。

前記第２の方向に往復動作可能なステージは、前記基板を保持する。該ステージ上で前記第１の方向に略平行に設けられた複数の担持体が設けられ、前記複数の液滴吐出ユニットは前記担持体で担持される。

本発明の別の実施態様では、前記担持体は、前記液滴吐出ユニットのそれぞれを独立して所定領域で移動可能にするスライド機構を有し、各液滴吐出ユニットに対応する前記所定領域はその一部同士が前記第１の方向に互いに重なっていて、それにより前記基板の前記第１の方向の任意の位置において液滴の吐出を可能にする。

基板に点在する所望箇所に対してインクジェット方式で吐出動作を行うにあたり、処理時間の短縮を実現することができる。また、非動作ノズル数を減らすことができるため廃液量が低減する。さらに滴下量の安定を行うことが容易となる。

本発明の実施形態に係る液滴塗布装置の斜視図を図２に示す。同図は液滴塗布装置の特徴部分のみを示している。

液滴塗布装置１は、石定盤からなる装置基体部分１０と、装置基体部分１０上を図中の矢印Ａ方向（第２の方向）に移動可能な搬送ステージ１１と、装置基体部分１０の側面に連結しステージ１１上を横断するように配置された門型のビーム１２から構成されている。ビーム１２には、図示しないスライダー機構（後述する）を介して液滴吐出ユニット２が複数配置されており、液滴吐出ユニット２はスライダー機構により図中の矢印方向Ｂ（第１の方向）にそれぞれ独立して移動可能となっている。また、液滴吐出ユニット２は吐出面をステージ方向に向けており、搬送ステージ１１上に処理を必要とする基板を搭載した場合、基板面から液滴吐出ユニット２の吐出面とのギャップが０．１〜０．５ｍｍ程度になっている。さらに、装置基体部分１０上には、液滴吐出ユニット２に対して、非使用時に吐出面をキャップする機構、不良吐出口を検出する機構、不良吐出口を回復する機構、などを有するメンテナンス機構部１３が設けられており、液滴吐出ユニット２に対してメンテナンス処理を行う必要が生じた場合は、液滴吐出ユニット２の吐出口面とメンテナンス機構部１３を相対近接させて、対向位置で処理を実行する。本実施例では、ビーム１２がビーム移動機構１４により、メンテナンス機構部１３方向に移動する。

処理を必要とする基板は、図示しない搬送ロボットにより液滴塗布装置１の搬送ステージ１１上に図１の前方向から配置される。搬送ステージ１１は真空吸着等により基板をステージに固定する機構を有し、図１の矢印Ａ方向に往復移動する。その際、液滴吐出ユニット２は、搬送ステージ１１が移動する方向の略垂直方向である図２の矢印Ｂ方向にそれぞれ独立して移動し、任意のタイミングで液滴を吐出する。搬送ステージを矢印Ａ方向の往復を数回繰り返しながら、その都度、複数の液滴吐出ユニット２を矢印Ｂ方向に位置移動させることで、基板上に複数点在する所望の吐出位置上に液滴を吐出させる。なお、以上は本発明に係る液滴塗布装置の大まかな構成要素と動作の概要を説明するものであり、追って詳細な説明を行う。

図１は、本発明に係る実施形態１の液滴塗布装置をさらに詳細に示す図である。図１（ａ）は本装置の上面からの図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ断面、図１（ｃ）は装置基体１０の裏面側から透視した透視図であり、図１（ｂ）の矢印方向からの図である。

図１（ａ）で、装置基体１０は御影石製の石定盤からなり、搬送ステージが搭載される上面側は平坦性が良く０．５ｍｍ以下の平面度が確保されている。さらに装置基体１０には、上面の法線が鉛直方向になるように床面との当接部分に図示しない平行調整機構が設けられている。なお、本装置の占有面積は２〜４ｍ×５〜７ｍ程度の大きさである。さらに、装置基体１０の上面には、スライドレール１５と搬送ステージ１１が配置されており、搬送ステージ１１はリニアモータ駆動によりスライドレール１５に沿って紙面左右方向に往復移動が可能となっており、加えて搬送ステージ１１とスライドレール１５の間には図示しないθ回転機構が内在している。即ち、搬送ステージ１１は同一移動機構上にθ回転機構が配置された構成となっている。なお、搬送ステージ１１も上面の平坦性が良い石定盤からなり、上面の法線方向は鉛直方向と略一致している。さらに、搬送ステージの上面には、図示しない微小な孔が複数形成されており、その孔の全てが図示しない吸引／送風機構に連結し、吸引／送風制御を行うことにより、搬送ステージ上に配置された基板の吸着固定、もしくは搬送ステージからの基板の開放を行うことが可能となっている。

以上のことから、搬送ステージ１１は、装置基体１０上を、基板を保持した状態で同一平面を保ったまま回転調整（図１の矢印C方向）が可能であり、その上面の法線方向を略鉛直方向に保ったまま、矢印C及び矢印A方向に自在に移動させることができる。

さらに、装置基体１０上には、前述のメンテナンス機構部１３を有している。このメンテナンス機構部の詳細構成については後述する。

さらに、液滴塗布装置１は、装置基体１０の側面から略垂直に柱を伸ばし、かつ搬送ステージ１１上を横断するように構成された門型形状のビーム１２を２本有しており、このビーム１２は、搬送ステージ１１の移動方向の長さの略半分のピッチで略平行に設置されている。例えば、搬送ステージ１１の紙面横方向の長さが３ｍとすると、２本のビーム１２は１．５ｍの幅で平行に配列している。このビーム１２は、セラミックス焼成後に研削処理を行って製造されており、液滴吐出ユニットを担持する。このビーム１２においては、その長手方向の４側面のうち少なくとも液滴吐出ユニットを移動可能とするスライダー機構を搭載させる面の平面度は０．５ｍｍ以下である。

さらに、液滴塗布装置１の搬送ステージ１１に基板を導入する方向である紙面左側には、ビーム１２と略同一形状の門型のモニター用ビーム１６が配置されており、モニター用ビーム１６には、搬送ステージ１１上に搭載した処理基板の表面を観察できる合計３つのカメラが搭載されており、内２つはモニター用ビーム１６に固定されたアライメントカメラ３０であり、１つはモニター用ビーム１６上を長手方向に移動できる基板観察カメラである。

処理基板の導入から吐出動作に至るまでの工程の概要は、まず初めに搬送ステージ１１を図１の左方向に移動可能な位置まで移動させたのち、図示しない基板搬送ロボットにより処理基板を搬送ステージ１１上に置き、搬送ステージ上の吸着孔により処理基板を吸着させる。次に、搬送ステージ１１を図左右方向に移動させながら、処理基板のエッジ、もしくは特徴パターン部分を２つのアライメントカメラ３０により観察することで、装置本体との相対位置関係を取得し、処理基板と搬送ステージ１１の移動方向の間のθずれを解消するように、搬送ステージ１１のθ回転機構を駆動してアライメントする。

図１（ｂ）は、装置の断面を示す図であり、ビーム１２に長手方向に伸びるスライダー機構２０とそのスライダー機構上に液滴吐出ユニット２が搭載されている。

図１（ｃ）は装置床面からの装置基体を除いた透視図であり、１つのビーム１２に複数のスライダ機構２０が設置されており、１つのスライダ機構２０上に１つの液滴吐出ユニット２がそれぞれ搭載されて、液滴吐出ユニットはスライダー機構上をリニアモーター駆動可能によりビーム１２の長手方向に移動可能となっている。

このように、本装置は、１本のビーム１２上を、同一方向であるビーム１２の横断方向（長手方向）にそれぞれ独立して複数の液滴吐出ユニット２が移動できるように構成されている。さらに、１本のビーム１２上には計４個の液滴吐出ユニットがあり、前記同一方向のそれぞれの移動可能領域は補完しあっている。補完とは、各液滴吐出ユニット２に対応する前記移動可能領域において、その一部同士が前記ビーム１２の横断方向（長手方向）に互いに重なっていることである。これにより、前記基板の前記横断方向の任意の位置において液滴の吐出を可能にする。

ゆえに、搬送ステージ１１上の前記横断方向のいずれの位置に対しても、４個の液滴吐出ユニット２のうちのいずれかを移動配置できるようになっている。そして、それぞれの移動可能領域は補完しあって、前記横断方向のどの位置にも１つの液滴吐出ユニットを移動させることのできる液滴吐出ユニットの集合をユニット列と定義すると、本装置は、２本のビーム１２上にそれぞれ１本のユニット列を有し、装置としては計２本のユニット列を有している。なお、ここでは、液滴吐出ユニットの「移動可能領域」は液滴吐出ユニットの液滴を吐出するノズル孔部分の移動可能領域を意味する。

モニター用ビーム１６上は、基板観察カメラをモニター用ビーム１６上を移動可能にできるスライダー機構３１が配置されており、スライダー機構３１上に基板観察カメラ３２が設置されている。

搬送ステージ１１は、２本のビームの中間線Y０−Y０（配置位置の中心線）が、搬送ステージ中心線Y１-Y１と一致する場所を中間点として、左右に搬送ステージ長さの略４分の１の振幅で往復搬送させる。往復搬送中に、ビーム１２上の液滴吐出ユニット２は、処理基板上の所望の位置に吐出すべく、B方向の任意の位置に移動後に停止して、搬送ステージ１１の往復搬送により処理基板上の所望位置がインクジェットヘッドの吐出領域の直下に到達するまで待機する。そして、処理基板上の所望位置が直下に来るタイミングで液滴吐出ユニット２を駆動し吐出口から液滴を処理基板上の所望位置に吐出させる。

液滴吐出ユニット２が、搬送ステージ１１の往復搬送の過程で、複数の長方形状凹部に液滴を吐出させる工程を説明する。このような工程は、例として、一部に欠損を有するカラーフィルター基板をこの装置を用いて欠損部分を補完する場合が相当する。なお、本実施形態では、液滴吐出ユニット２は全て同一の液滴材料を吐出するものとして、１種類の画素（レッド、ブルー、イエローのいずれか）の欠損について、その修復方法を示している。よって、全ての色の欠損部を修復するには、本装置を色材毎に３台設けて逐次処理するか、実施形態２において例示するように、液滴吐出ユニットを複数色吐出可能とすることで可能となる。

図３はビーム上に搭載されている複数の液滴吐出ユニット２のうちの１つに着目して、１つの液滴吐出ユニット２に含まれる液滴吐出面から複数の吐出箇所に吐出動作を行う時系列の説明図であり、図１（ｃ）のように装置床面から処理基板の一部分を見た透視図ともいえる。また、図中の矢印A及びBは、図１の矢印方向と一致する。

図３（ａ）で、処理基板上の欠損部５は、深さ２μｍ程度の凹部であり、開口部は搬送ステージ１１の移動方向を長辺とした２００×７０μｍ程度の長方形状をしている。液滴吐出ユニット２のノズル吐出面２１は、搬送ステージ面と平行に対向しており、ノズル吐出面２１には複数のノズル孔２２が形成されている。この複数のノズル孔２２は、搬送ステージ１１の移動方向である紙面左右方向に配列しており、個々のノズル孔２２はそれぞれ、背面側に液滴吐出制御可能な図示しない個別のインク加圧室と加圧制御手段を有する。また、１列に配列しているノズル孔２２は、同一の液滴材料を吐出することが可能となっている。搬送ステージ１１は、インクジェットヘッド２の移動や吐出動作によらず、常に紙面左右方向に略等速で往復移動している。

欠損部５Aに液滴を吐出し修復するために、インクジェットヘッド２はスライダ機構２０を用いて高速移動させてノズル孔２２を欠損部５Aの中心線上に合わせて停止する。なお、液滴吐出ユニット２の移動時間は、実際に移動する時間に加えて、停止した後にスライダ機構駆動のよる残留振動が液滴吐出に悪影響を与えないレベルまで低減するまでの静定時間を含んだ時間をも考慮する必要がある。搬送ステージの進行方向側の欠損部５Aの中心線上まで予め移動させたインクジェットヘッド２は、搬送ステージの等速移動により相対的に矢印D方向に移動し、欠損部５A上にあるノズル孔２２から液滴が吐出される。このとき、使用するノズル孔は欠損部５Aの直上にある複数のノズル孔を使用することができるため、１つのノズル孔を使用する場合に比べて搬送ステージの等速移動速度を上げることなり、基板全体の処理速度を向上させることが可能となる。

次に欠損部５A上に液滴を吐出した液滴吐出ユニット２は、図３（ｂ）に示すように、欠損部５Cを修復するために、スライダ機構を駆動して矢印E方向に移動して、欠損部５Cの中心線がノズル孔２２に一致する位置で停止する。このとき、搬送ステージも一定速度で紙面左方向に移動しているため、インクジェットヘッド２は、図３（ｃ）の矢印F方向に相対的に移動し停止する。そして、搬送ステージの移動によりインクジェットヘッド２は、相対的に矢印G方向に移動しながら、欠損部５C直上にあるノズル孔２２から液滴を吐出し、欠損部５Cの修復を行う。

搬送ステージは一方向の移動を完了した後に反対方向に移動を始める。図３（ｄ）のようにジェットヘッド２は、欠損部５Bを修復するために、スライダ機構２０を用いて矢印K方向に移動し、欠損部５Bの中心線上にノズル孔２２を合わせて停止する。そして、搬送ステージの移動により、インクジェットヘッド２は相対的にL方向に移動して、欠損部５Bの直上にあるノズル孔２２で液滴を吐出する。

本実施形態では、搬送ステージの往復動作を利用して３つの欠損部５の修復を搬欠損部５A→５C→５Bの順で行っており、本装置の構成上の利点を最大限活用するものである。即ち、図３のように、欠損部５Aに複数のノズル孔２２で吐出する際に、実際に吐出を行う紙面右端のノズル孔２２が欠損部５A直上から離れるまでは移動させることはできず、少なくとも使用するノズル孔２２の両端間距離に相当する領域では、液滴吐出ユニット２を紙面上下方向に移動させて、次の欠損部の修復に向かうことはできない。この不能領域Hは、欠損部からみて搬送ステージ移動方向の逆方向にあり、処理直後の欠損部端から使用するノズル孔２２の両端間距離に相当する帯状の領域に加えて、搬送ステージの移動速度と、矢印E方向の移動に要する時間及び移動後の残留振動の静定に要する時間の和、を掛け合わせた領域も含まれる。図３で、欠損部５Bは欠損部５Aに対する不能領域Hに入るため、欠損部５Aの修復の直後に欠損部５Bの処理を行なわず、不能領域に属さない欠損部５Cの修復を行っている。そして、搬送ステージの復路移動に伴って、欠損部５Cの修復後に、その不能領域に属さない欠損部５Bの修復を行っている。

以上は、１つの液滴吐出ユニットの移動動作について説明を行ったが、本実施形態の装置は複数の液滴吐出ユニットを有し、それぞれが独立して動作している。図４は、液滴塗布装置上のビーム１２、スライダー機構２０及び液滴吐出ユニット２、並びに処理基板５０の関係を示す図であり、紙面左方向の基板搬送側から基板が搬送ステージ上に搭載されて、搬送ステージが白矢印方向に移動直後の図である。

液滴吐出ユニット２を搭載するビーム１２は２本あり、それぞれのビーム１２にはスライド機構２０によりビーム長手方向に移動可能なインクジェットヘッド２が４個搭載されている。１つのインクジェットヘッド２はスライド機構２０の移動領域Pだけ移動可能であり、隣接するスライダ機構（例えばスライダ機構２０C及び２０D）の移動領域は、搬送ステージ移動方向の垂直方向に対して一部を重複させているために、搬送ステージ上の搬送ステージ移動方向の直交方向については、１つのビーム上にある４つの液滴吐出ユニット２A,B,C,Dのいずれかは必ず移動することが可能である。それぞれ補完しながら搬送ステージ移動方向の直交方向の全てを網羅できるヘッドユニットの集合をユニット列とすると、本実施例では、２本のユニット列が存在することとなる。そして、１ユニット列は４つのインクジェットヘッドユニットから構成されている。処理基板５０には、図中黒点で示す複数の欠損部５がある。処理基板５０の領域は、ユニット列数を列数、ユニット列毎のインクジェットヘッドユニット数を行数として均等分割されて、具体的には、４行×２列の領域に分割して、それぞれのインクジェットヘッドユニットの受け持ち領域となる。例えば、液滴吐出ユニット２Aは、図中のハッチングで示されている受け持ち領域Ｕにある欠損部５のみを修復する。

図５は、搬送ステージ駆動による処理基板５０の往復動作の往路の半分の状態を示す図であり、図中の白矢印方向に処理基板は移動する。一方、図６は往路を終えて復路に転換した直後の状態を示す図であり、図中の白矢印方向に処理基板は移動して、図４の状態に戻る。この往復動作を１往復として、欠損部の多少に応じて１〜数往復を繰り返すことにより、処理基板全体の欠損部を修復する。ここで、合計８領域あるインクジェットヘッドユニット毎の受け持ち領域で欠損部５の多少差のために、インクジェットヘッドユニット毎に完了・未完了の差が生じるが、全てのインクジェットヘッドユニットが欠損部の修復するまで処理基板は往復を繰り返す。

ここで、図５及び図６のように、前述のユニット列は１本のビーム上に搭載された４個の液滴吐出ユニットであり、このユニット列の中心線は、Y２−Y２、及びY３−Y３となる。本実施形態では、この２本のユニット列の中心線間の距離が、基板５０の搬送方向の長さの略２分の１になっている。そして、図５のように、２本のユニット列の中心線Y２−Y２、及びY３−Y３の中間線と、基板の搬送方向の長さの２等分線が一致する位置を振幅中心として、基板の搬送方向の長さの略４分の１だけ左右に移動させている。このようにすることにより、往復動作による基板搬送総距離を最小にすることが可能となり、基板の処理時間を最も短縮することができる。しかしながら、この比率は厳密に適用することなくとも、±２０％程度の誤差以内であれば、時間短縮の効果は大きい。

後述のように、ユニット列は３本以上設けても良い。

ここで、基板５０の搬送方向の長さをＤ、ユニット列の間隔をｄ、ユニット列数をｎとしたとき、
０．８ｄ≦D／ｎ≦１．２ｄ
の範囲にあると、基板の処理時間を短縮することができる。

修復が終えられた処理基板は、図４の状態に戻り、搬送ステージ上から図示しない搬送ロボットにより取り出される。カラーフィルター基板の場合は、基板は焼成炉に入れられて液滴材料は固化、完成する。

次に、基板上への液滴吐出を終えた装置は、図１のビーム１２をメンテナンス機構部分１３まで移動させてメンテナンス動作を行う。メンテナンス機構部分１３とメンテナンス機構上に移動してきたビーム１２及び液滴吐出ユニット２の断面概略図を図７に示す。メンテナンス機構部分１３は、ワイプブレード６０とブレード保持部６１からなるワイプ機構と、凹み形状のキャップ部材７０からなり、図の白矢印方向及び図矢印方向に移動可能となっている。メンテナンス機構部分１３の直上に移動してきたビーム１２に搭載されているスライダ機構２０と液滴吐出ユニット２は、スライダ機構２０とメンテナンス機構部分１３の昇降により位置調整を行い、吐出面２２にワイプブレード６０が接触した状態で、紙面左右方向にメンテナンス機構部分１３を移動させて吐出面上に残存する液滴及びダストを取り去る。次に、装置停止時、もしくは吐出回復動作時は液滴吐出ユニット２がキャップ部材７０の凹み部分に収まるように、メンテナンス機構部分を上昇させて密閉空間とする。キャップ部材７０には、圧力制御管７１が接続されており、図示しない圧力制御機構に繋がっている。圧力制御機構は、装置停止の情報を得ると、キャップ部材内で液滴吐出ユニット２を密閉した後、圧力制御管を閉じて、キャップ部材内部を完全に外気と遮断する。一方、回復動作の情報を得るとキャップ部材内で液滴吐出ユニット２を密閉した後、圧力機構から圧力制御管を通じて吸引動作を行い、キャップ部材内部を負圧状態とする。このとき、吐出面２のノズル孔２２からインクが吸引されながら、ノズル孔内を清掃することができる。

次に、液滴吐出ユニットの構成について図９を用いて説明する。図９（ａ）は液滴吐出ユニットの断面図である。液滴吐出ユニットは、ビーム１２上に設置されたスライダ機構２０に搭載されており、矢印B方向に移動可能である。液滴吐出ユニットは、吐出素子２１、駆動制御回路２２、接続ケーブル２８とそれらを収納する筺体２３からなり、筺体２３が、スライダ機構２０上を移動する。ビーム上に固定設置されたインクタンク１７は、吐出素子２１と可撓性のあるチューブ２４を介して接続している。吐出素子２１の前面には、ノズルプレート２５が接着されておりノズルプレート２５には複数のノズル孔２６が形成されている。なお、ノズル孔は直径１０〜２０μｍである。

吐出素子２１は、圧電体基板に複数のインク室となる溝を形成した後、隔壁側面の一部に電極を形成して、隔壁の両側面の間に電界を印加して隔壁自体をせん断変形させて吐出エネルギーを発生させる公知のものを使用した。駆動制御回路は図示しないケーブルにより、図示しない駆動制御システムに接続されて吐出制御が行われる。

図９（ｂ）は、ノズルプレート側から液滴吐出ユニットを見た図であり、図９（ａ）はB1−B1断面に相当する。ノズルプレートが接合されている３個の吐出素子２１A、２１B、２１Cにはそれぞれ異なる液滴材料が導入されるよう３本のチューブ２４を介して３個のインクタンク１７にそれぞれ接続されている。図３では、１つの吐出素子により１種類の液滴を吐出する工程を説明したが、図９のように吐出素子を配列することで、複数の液滴材料を１台の装置で同時に吐出させることが可能である。吐出素子２１A、２１B、２１Cは、それぞれB方向に所定量だけオフセットして配置されており、それぞれ基板上の吐出領域７０A、７０B、７０Cに液滴を吐出させることが可能である。このような配列にしておくと図３において説明したカラーフィルターの欠損部の修正において、隣接する異なる色の画素間を同時に修復することができる。但し、この構成では前述の不能領域の大部分を占めるノズル両端間の距離はRとなり、１つの吐出素子の場合に比べて概ね３倍となる。

図１０に吐出素子の他の配列例を示す。図１０（ａ）は、吐出素子のノズル孔列をA方向に対してやや傾けているものである。A方向からの傾きをθ、ノズルピッチをｐとすると、B方向に投影したノズルピッチPは、P＝ｐ×sinθ となるため、実際のノズルピッチに比べてB方向のピッチPを高密度化できる利点がある。さらに、複数の吐出素子を配列する際に、B方向に対して厳密に位置合わせしなくても良く、ユニットの作製が容易となる。

なお、１００〜２００ＤＰＩ（１インチ幅に１００〜２００個の孔が等ピッチで配列）のノズル孔ピッチで、１吐出素子あたり２０〜８０孔の吐出素子をθ＝３〜１０°傾斜させて用いると、本発明はより効果的なものとなる。これは、吐出素子あたりの孔数が小さいほど、複数の素子を配列させてなる液滴吐出ユニットの全幅が小さくなり、不能領域が小さくすることができるためである。また、製造コストが安価な１００〜２００ＤＰＩの吐出素子をθ＝３〜１０°の範囲で傾斜させることにより、複数の吐出素子間の位置合わせを厳密に行わなくても、一度、試験吐出を行って吐出タイミング制御を行えば、B方向に投影したノズルピッチを５〜３５μｍにまで高密度化でき、安価で簡便に本装置に搭載する液滴吐出ユニットを製造することができる。

図１０（ｂ）は、ノズル列をB方向に平行に配置し、液滴材料１種類につき複数のノズル列を与え、そのノズル列をB方向にオフセットすることで、B方向に投影したノズルピッチを高密度化するものである。この２つの方式のように、B方向に投影したノズルピッチを高密度化することで、基板に点在する所望箇所に高密度に液滴を吐出させることが可能となる。

なお、液滴吐出ユニットに用いる吐出素子は、サーマル方式、積層圧電体方式、静電方式などの公知のインクジェット方式によるものに加えて、液滴を選択的に吐出できる機構を有するユニットであれば本発明を実施するに充分である。

本実施形態の装置は、図２に示すように複数の液滴吐出ユニット２を搭載しているビーム１２がビーム移動機構１４により移動可能となっており、２本のビームの間隔を自在に変更可能となっている。即ち２本のユニット列間の距離を自在に変更可能であり、搬送方向の基板サイズが様々な基板に対して、最適なユニット列間距離を実現することができる。

上記においては、カラーフィルター基板の画素の１色が欠損した場合の修復装置としての説明を行った。ここでの欠損部分とは、製造工程でダストが混入した部分、空白の窪みが形成された部分等について、レーザー等により不良部分を一定形状に凹み修正した部分であり、本発明の実施形態の装置は、この欠損部分にインクジェット技術で修正液滴を滴下する。しかしながら、本装置はカラーフィルター基板の修復装置に限るものではなく、基板上に点在する所望箇所に液滴を吐出させることが可能である。

本発明の実施形態の装置では、処理基板が大型化しても装置が複雑にならず、ラインヘッド方式のように非動作ノズル数を増やす必要がない。非動作ノズル数が増すと、メンテナンスで必要な廃液が増加し、さらに全ノズルの吐出量の均一化が困難となる。

また、本実施形態では基板搬送方向に略平行なノズル列を有するインクジェットヘッドを用いているが、これは特に凹部を有する形状部分に高速で均一な吐出量を滴下することに効果的である。

特にカラーフィルター基板の画素のような厚み均一性が性能に大きく影響を及ぼすような基板の場合、全てのノズル孔からの吐出量を予め装置外で計測しておき、吐出量補正を行いながら吐出を行う必要がある。例えば前述の２００×７０×深さ２μｍの凹部に固形分１０％の液滴を吐出する場合には、３００ｐL程度の滴下が必要となる。ここで、吐出量補正を液滴数の増減により行う場合、１滴の液滴量が小さいほど高精度に補正を行うことができるが、その分、液滴数を増やす必要が生じる。そこで、本実施形態のように、基板の搬送方向に対して略平行にノズル列を配列し、複数のノズルを使用して液滴を吐出させると、１ノズルが受け持つ滴下量は概ね３００÷（ノズル数）に分割できるために、体積の小さい液滴を吐出させて高精度な吐出量補正を加えながら、処理速度（基板搬送速度）を落とさずとも良くなる。また、吐出量補正と関係なく、より高速に処理を行いたい場合も効果を発揮する。

次に本発明の実施形態２について説明する。

実施形態２に係る液滴塗布装置は、実施形態１に係る液滴塗布装置と比較して、以下の点が異なる。

・ビーム１２の本数が異なる
・ビーム１２の側面に液滴吐出ユニットを設けている
・ユニット列数が３本である
・メンテナンス機構部１３がビーム１２側に移動してメンテナンス動作を行う
実施形態２の装置は、上記の相違点以外について、実施形態１の装置と同一の構成を有する。

図８は、実施形態２の液滴塗布装置の基板５０とビーム１２及び液滴吐出ユニット２の関係を示す図であり、実施形態１における図５に相当する。本実施形態２ではビーム１２が略平行に４本配置しており、ビーム１２の側面に複数のスライダー機構２０が設置されて、かつスライダー機構上には液滴吐出ユニット２がそれぞれ搭載されている。２本のビーム１２A及び１２Bの側面にある液滴吐出ユニット２A、２B、２C,２Dは、基板搬送方向に直交した方向に移動可能距離を補完しあった前述のユニット配列を形成しており、その中心線はY４−Y４である。同様に、本装置はユニット配列が計３列形成されており、その中心線はそれぞれ、Y４−Y４、Y５−Y５、Y６−Y６ である。３つのユニット配列の３本の中心線間距離は同一で、基板５０の搬送方向の長さの略３分の１である。また、基板５０の往復搬送は、図８の状態を振幅中心として振幅を搬送方向の６分の１の幅で左右に往復させればよい。

実施形態１では２個のユニット列、実施例２では３個のユニット列を有する装置について説明したことから、ｎ個のユニット列を有する場合、基板搬送方向の基板サイズDに対して、ユニット列の中心線の間隔ｄをD／ｎと略一致させることが好ましいことがわかる。また、必要となる基板搬送幅は基板サイズDの約２ｎ分の１となり、ｎが大きいほど基板の搬送幅は小さくて良く、装置を小型化することができる。

また、ｄをD／ｎと略一致させることで、装置サイズの最小化を図ることが可能となるが、±１０％程度の差異であれば、装置サイズが大幅に増加することは無く装置の占有面積を小さくすることができる。

また、ｄとD／ｎは一致することが望ましいが、±２０％までの差異であれば、基板一枚当たりに要する処理時間が大幅に増加することはなく、タクトタイムの短縮を実現することができる。

実施形態１にて説明した装置基体上に設けられているスライドレール上には、搬送ステージだけでなく、メンテナンス機構部も搭載して、搬送ステージの移動方向と同一方向に移動可能となっている。よって、前述のメンテナンス動作を行う場合には、メンテナンス機構部がスライドレール上を液滴吐出ユニットの直下まで移動する。

次に本発明の実施形態３について説明する。

実施形態３に係る液滴塗布装置は、実施形態１に係る液滴塗布装置と比較して、以下の点が異なる。

・ビーム１２が２本である。

・ビーム１２の装置外側方向の側面に液滴吐出ユニットを設けている
・ユニット列数が１本である。

・吐出ユニット交換時にビーム１２が装置外側に向けて移動する。

実施形態３の装置は、上記の相違点以外について、実施形態１の装置と同一の構成を有する。

図１１は、実施形態３に係る装置について、図４〜図６と同様に装置下面側から見た透視図であり、基板、装置のビーム、スライダ機構の位置関係を模式的に示したものである。

本実施例では、ビーム１２は２本であり、左側のビームの左側面と右側のビームの右側面に、スライド機構２０とスライダ機構内を自由に往復動作できる液滴吐出ユニット２が設けられており、液滴吐出ユニット２は左側のビームには３ユニット（紙面左側）、もう一方には２ユニット（紙面右側）が搭載されており、計５ユニットが本装置上に搭載されている。

そして、この５つのユニットを搭載するスライダ機構は、基板に対して千鳥配列して搭載されており、基板搬送方向である第２の方向で互いに隣接する２つのスライダ機構は、第１の方向のそれぞれの移動可能領域が一部重複するように構成されている。なお、重複する移動可能領域はその領域が大きいほど良く、三分の一以上重複していることが望ましい。

このように、複数のスライド機構を基板に対して千鳥状となるように２つのビーム上に配列し、第１のビーム１２Ａに設けられる第２の方向に隣接するそれぞれのスライド機構の移動可能領域と、第２のビーム１２Ｂに設けられる第２の方向に隣接するそれぞれのスライド機構の移動可能領域とが第１の方向に対して一部重複するように構成される。これにより、近接した液滴吐出の所望箇所に対して効率よく滴下作業を行うことができ、タクトタイムの短縮を図ることができる。

先述のように複数の基板搬送の過程でそれぞれの液滴吐出ユニットが滴下作業を行う場合、基板が紙面左方向に移動しながら、図１１中の吐出ユニット２０Ａは欠陥箇所５Ｘ上に到達し滴下を行う。そのとき、吐出ユニット２０Ａの修復不能領域Ｕ２にある欠陥箇所５Ｙは、吐出ユニット２Ａで対応することはできない。しかし、基板進行方向後方にある吐出ユニット２Ｂは、吐出ユニット２Ａの移動領域と一部がオーバーラップしており、さらに基板搬送方向にオフセットしているために、欠陥箇所５Ｚに滴下作業を行った後でも、欠陥箇所５Ｙに到達することができる。

即ち、重複する移動領域を有する２つの吐出ユニットが、基板搬送方向にオフセットして配置されていることで、近接する吐出所望箇所について効率よく滴下を行うことができ、特に複数の走査で滴下作業を行う際の後半の走査時に大きな効果をもたらす。

なお、複数のスライド機構を基板に対して千鳥状となるように２つのビーム上にユニット配列することで、少ない吐出ユニット数で上記の効果を効率的に発揮することができる。

また、本構成では、２つのビームの装置外側に向いた側面にそれぞれ液滴吐出ユニットが搭載されている。このように、液滴吐出ユニットを、２列で千鳥状となるように配列するとともに、装置外側に向いた側面に搭載されていることにより、メンテナンス時に作業が行いやすい。

さらに本構成では、吐出ユニットの交換時に、図１２にように２つのビーム１２Ａ及び１２Ｂがそれぞれ装置担部にまで移動できるようになっている。なお、このビーム１２は実施例２でも述べたビーム移動機構１４により移動する。

このように、吐出ユニット交換時に、吐出ユニットを搭載したビーム自体が
吐出ユニット搭載面側方向に装置端部に向けて移動することにより、基板ステージ上で吐出ユニットを交換する必要がなく、交換作業の自由度も高い。よって、作業の安全性が向上すると共に、交換作業効率が高めることが可能となる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態として、搬送方向直交位置に複数の液滴吐出ユニットのいずれかを移動配置できるユニット配列を有する液滴塗布装置について説明した。しかし、本発明は、ユニット配列を有するものに限定されるものではない。本発明は、基板の搬送方向の直交方向に個別に移動可能な液滴吐出ユニットが複数搭載されているものであれば効果は発揮される。

また、ステージ上で搬送方向に略平行に単一のビームを設ける構成も可能である。図１１において、単一のビーム１２の装置外側に向いた左側面にスライド機構２０Ａを設け、装置外側に向いた右側面にもスライド機構２０Ｂを設ける。複数の前記スライド機構２０Ａ、２０Ｂは図１１と同様にを基板に対して千鳥状となるように配列される。したがって、左側面において搬送方向に直交する方向に隣接するそれぞれのスライド機構２０Ａの移動可能領域と、右側面において搬送方向に直交する方向に隣接するそれぞれのスライド機構２０Ｂの移動可能領域とが搬送方向に対して一部重複する。このような構成であっても、近接する吐出所望箇所について効率よく滴下を行うことができる。

また、本装置に搭載される液滴吐出ユニットとして、圧電材料により作製したインクジェットヘッド素子を用いたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、サーマル方式、積層圧電体方式、静電方式などの公知のインクジェット方式によるものに加えて、液滴を選択的に吐出できる機構を有するユニットであれば本発明を実施するに充分である。

また、実施形態１〜３では、スライダー機構１個につき、１個の液滴吐出ユニットを搭載しているが、スライダ機構１個に複数の液滴吐出ユニットを搭載し、それぞれ独立駆動できるように構成してもよい。

実施形態１〜３の液滴塗布装置は、液晶表示装置等で用いられるカラーフィルター基板において、製造工程で発生する欠損部分の修復を行う装置としているが、基板に点在する所望箇所に高速に吐出を行うことのできる装置を説明するために例示したに過ぎない。

ゆえに、例えば、
・基板上に導電性インクを吐出して配線パターンを描画する装置
・基板上に有機EL（Electronic Luminescence)を形成する材料を吐出し、有機EL表示部を製造する装置
・有機EL表示部の欠損部を修復する装置
・大型看板等に画像を印刷する装置、または画像を修復する装置
・その他のインクジェット技術を応用した製造装置
にも適用できることは明らかである。

なお、基板が大面積化するほど、インクジェットヘッドをライン上に配列させるライン方式に比べて、利用価値は高まる。

本発明に係る実施形態１の液滴塗布装置の図である 本発明に係る実施形態１の液滴塗布装置の斜視図である 本発明に係る実施形態１の液滴吐出の順序を説明する図である 本発明に係る実施形態１の装置の動作を説明する図である 本発明に係る実施形態１の装置の動作を説明する図である 本発明に係る実施形態１の装置の動作を説明する図である 本発明に係る実施形態１のメンテナンス機構を説明する断面摸式図である 本発明に係る実施形態２の液滴塗布装置の図である 本発明に係る実施形態１〜３の液滴吐出ユニットの構成を示す図である 本発明に係る実施形態１〜３の液滴吐出ユニットの配列例を示す図である 本発明に係る実施形態３の液滴塗布装置の図である 本発明に係る実施形態３の液滴塗布装置の動作を説明する図である

符号の説明

１ 液滴塗布装置
２ 液滴吐出ユニット
１０ 装置基体
１１ 搬送ステージ
１２ ビーム
１３ メンテナンス機構部
２０ スライド機構
２１ 吐出素子
５０ 基板

Claims (12)

1. 基板に対向配置され、基板面の第１の方向に独立して移動可能であって、液滴を前記基板に吐出することにより該基板の所定の部分に該液滴を塗布する複数の液滴吐出ユニットと、
   前記液滴吐出ユニットを前記第１の方向に直交する第２の方向に相対移動させる移動機構と、を有することを特徴とする液滴塗布装置。
2. 前記基板を保持し前記第２の方向に往復動作可能なステージと、該ステージ上で前記第１の方向に略平行に設けられた複数の担持体とを備え、前記複数の液滴吐出ユニットは前記担持体で担持される請求項１に記載の液滴塗布装置。
3. 前記担持体は、前記液滴吐出ユニットのそれぞれを独立して所定領域で移動可能にするスライド機構を有し、各液滴吐出ユニットに対応する前記所定領域はその一部同士が前記第１の方向に互いに重なっていて、それにより前記基板の前記第１の方向の任意の位置において液滴の吐出を可能にする請求項２記載の液滴塗布装置。
4. 複数の前記スライド機構を基板に対して千鳥状となるように２つの担持体上に配列し、第１の担持体に設けられる第２の方向に隣接するそれぞれのスライド機構の移動可能領域と、第２の担持体に設けられる第２の方向に隣接するそれぞれのスライド機構の移動可能領域とが第１の方向に対して一部重複している請求項３に記載の液滴塗布装置。
5. 前記液滴吐出ユニットは、前記第１及び第２の担持体の装置外側に向いた側面に搭載されている請求項４に記載の液滴塗布装置。
6. 前記第１及び第２の担持体の装置外側に向いた２つの側面に複数の液滴吐出ユニットが搭載されており、それぞれの担持体は液滴吐出ユニット搭載側方向にスライドして装置端部まで移動可能である請求項４又は５に記載の液滴吐出装置。
7. 前記基板の前記第１の方向の任意の位置において液滴の吐出を可能にする液滴吐出ユニット集合を１ユニット列として、該ユニット列を前記第２の方向に平行に複数列設けた請求項３に記載の液滴塗布装置。
8. 前記基板の前記第２の方向の長さをＤ、複数の前記ユニット列の間隔をｄ、ユニット列数をｎとしたとき、
   ０．８ｄ≦D／ｎ≦１．２ｄ
   の範囲にある請求項７に記載の液滴塗布装置。
9. 複数の前記担持体は、前記第２の方向に移動可能である請求項２に記載の液滴塗布装置。
10. 前記液滴吐出ユニットは同一の液滴材料を吐出する複数の液滴吐出口を有し、前記複数の液滴吐出口は前記第２の方向に配列している請求項１〜６のいずれかに記載の液滴塗布装置。
11. 前記液滴吐出ユニットは同一の液滴材料を吐出する複数の液滴吐出口を有し、前記複数の液滴吐出口は前記第２の方向に対して傾斜して配列している請求項１〜６のいずれかに記載の液滴塗布装置。
12. 基板に対向配置され、基板面の第１の方向に独立して移動可能であって、液滴を前記基板に吐出することにより該基板の所定の部分に該液滴を塗布する複数の液滴吐出ユニットと、
    前記液滴吐出ユニットを前記第１の方向に直交する第２の方向に相対移動させる移動機構と、
    前記基板を保持し前記第２の方向に往復動作可能なステージと、
    該ステージ上で前記第１の方向に略平行に設けられた単一の担持体とを備え、 前記複数の液滴吐出ユニットは前記担持体で担持され、
    複数の前記スライド機構を基板に対して千鳥状となるように前記担持体の装置外側に向いた左右側面に配列し、左側面に設けられる第２の方向に隣接するそれぞれのスライド機構の移動可能領域と、右側面に設けられる第２の方向に隣接するそれぞれのスライド機構の移動可能領域とが第１の方向に対して一部重複している液滴塗布装置。

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