JP2008102311A - インクジェット印刷におけるインク液吐出不良を検出する検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
インクジェット方式のカラーフィルタ製造工程における、インク液の吐出過剰や吐出不足による吐出不良を検査する検査方法及び検査装置の提供である。
【解決手段】
インクジェット方式のカラーフィルタ製造工程において、カラーフィルタ用透明基板にインク液を吐出する前に、受像用透明テストフィルムにインク液を吐出させ、検査用パターンを形成し、前記受像用透明テストフィルムの搬送方向と直交方向に移動可能な撮像手段と前記受像用透明テストフィルムの底側に透過面照明部を設けて、前記撮像用カメラを前記検査用パターンに対して直交方向に移動させながら撮像し、取得した画像データを画像処理部へ転送し、検査処理部にてインク液吐出不良を検査する方法及び検査装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット方式のカラーフィルタ製造工程における、インク液吐出不良の検査方法及び検査装置に関する。

従来インクジェット方式のカラーフィルタ製造工程において、インク液の吐出不良を検査する方法としては、インク液吐出ヘッド（以下単にインクヘッドと呼ぶ）のノズルからインク液が吐出されない、いわゆる不吐出不良を目視またはカメラにより検出する方法のみで、その対処方法としては、不吐出不良が検出された場合、インクヘッドを洗浄するか、または新しいインクヘッドに交換するか、或いはインク液の吐出されていないガラス基板の余白領域にインク液を再度吐出し、適切なインク吐出が出来た場合にはそのまま使用していた（特許文献１）。
上記の従来技術では、インクヘッド内部のインク液の吐出量を制御する電圧等に異常が発生し、吐出すべきインク液量より多くインク液量が吐出する、いわゆる吐出過剰や吐出すべきインク液量より少なくインクが吐出する、いわゆる吐出不足が発生した場合、これらの欠陥を検出する検査方法が無かった。
特に吐出過剰の場合、修正ができず受像対象を廃棄するか、或いは比較的高価なカラーフィルタのような基板類は洗浄工程に持っていき基板全面を洗浄するしかなく、インクの無駄が多くまた生産性が悪いという問題があった。
また、ガラス基板に、インク液の吐出異常を検出するための異常検出パターン描画領域を設けて、吐出不良の検査をする方法があるが、カラーフィルタに使用できるガラス基板の面積が減少するため、ガラス基板の利用効率が悪かった（特許文献２）。

特開平１１−２４０１９１号公報 特開平９−１０１４１０号公報

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタの製造工程において、高価なカラーフィルタ用透明基板にインクジェット方式によりインクを吐出させる前に、カラーフィルタの製造工程とは別に、オフラインでインク液の吐出不良を検査する工程を設け、比較的安価の受像用透明テストフィルムにインク液を吐出し検査用パターンを形成し、該検査用パターンを撮像用カメラ及び照明手段で構成される撮像手段により撮像し、得られた画像情報から吐出量計測手段によりインク吐出量を算出することで、インクヘッドのノズルがインク液を正常に吐出させ得るか否か、すなわち吐出不良は不吐出不良か吐出過剰か、或いは吐出不足かを分別し検出する画像評価手段を用いた、インク液吐出不良を検出する検査方法及びその装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、カラーフィルタの製造工程において、高価なカラーフィルタ用の透明基板にインクジェット方式によりインクを吐出させる前に、カラーフィルタの製造工程とは別に、オフラインでインク液の吐出不良を検査する工程を設ける。

この検査工程では、比較的安価の受像用透明テストフィルムにインク液を吐出し検査用パターンを形成し、検査用パターンが形成された受像用透明テストフィルムを搬送させ、該受像用透明テストフィルムの搬送方向と直交方向に移動可能な、撮像用カメラ及び照明手段で構成される撮像手段を移動させ、該検査用パターンを撮像し、得られた画像情報からインク液の吐出量を算出することで、インクヘッドのノズルがインク液を正常に吐出させ得るか否か、すなわち吐出不良は不吐出不良か吐出過剰か、或いは吐出不足かを分別し検出する画像評価手段を用いた、インク液吐出不良を検出する検査方法及びその装置を提供することを特徴とする。

本発明よりインク液吐出不良（不吐出、吐出過剰、吐出不足）による、大量のインク液の無駄を避けることができ、さらにインク液の不吐出不良か吐出過剰か、或いは吐出不足かを分別することでインク液の吐出不良の原因が分かり、その原因に応じて、例えば、不吐出不良の場合は、インクヘッドを洗浄若しくは新しいものに交換する、また吐出過剰又は吐出不足の場合は、インクヘッドの内部配線を交換する等の適切なメンテナンスをすることができる。

以下に本発明の具体的な実施の形態について図を用いて詳細に説明する。
図１はインクジェット方式のカラーフィルタ製造工程において、本発明の検査方法によるインク液吐出不良検査を行う装置のイメージを示している。
まず受像用透明テストフィルム７にインクジェット方式により検査パターン８を形成したものを図１に示す検査装置にセッティングする。

次に該受像用透明テストフィルムを図１の矢印の方向に搬送し、撮像用カメラ２と照明手段１を該受像用透明テストフィルムの搬送方向と直交方向に移動させることで検査パターン８を撮像する。

次に撮像された検査パターンの画像データは画像処理部４を通じて制御部５に転送され、制御部５と検査処理部６で画像データのやりとりを行い、検査処理部６より検出、分別されたインク液吐出不良、及びインク液吐出量に関する情報を制御部５で受け取り検査結果を得る。

（撮像手段について）
前記検査用パターン８の吐出された前記受像用透明テストフィルム７を搬送方向に移動させ、搬送方向に並べてあるパターンが撮像カメラ２の撮像視野範囲に入るまで移す。移動が完了すると、撮像カメラ２を走査方向に移動させながら撮像する。同時に、照明手段１も撮像カメラ２と同期に走査方向に移動させる。撮像手段２と照明手段１の移動距離は前記検査用パターンの画像データが全部取得できる位置までである。イメージセンサ２と透過照明１の移動速度は図２の画像が得られるような分解能、イメージセンサ２のスキャンレート等により決める。
また撮像用カメラ２は、例えばＣＣＤカメラで構成され、その移動速度は制御部５によりモーター３の回転速度をコントロールすることにより制御される。

（照明手段１）
また照明手段１は、高周波点灯方式の蛍光灯が最もよい。透過照明１をイメージセンサ２と同期に移動させる代わり、イメージセンサ走査範囲全領域に面照明を提供することができる光源を設けることも良い。

図６に示すように、照明手段１を図１の位置とは異なり、受像用透明テストフィルム７に対し、イメージセンサ２と同じ側に反射照明１００を設けても良い。
これにより受像用透明フィルムの底側に透過照明が設置できない場合でも、インク液の吐出不良検査が可能である。但し、インク液の吐出のあるところとないところで一定のコントラストが得られることが前提である。

図７に示すように、前記反射照明１００の代わりに、暗視野照明１０１を設けても良い。これで、装置全体をコンパクトすることもできる。但し、インク液の吐出があるところとないところで一定のコントラストが得られることが前提である。

（受像用透明テストフィルム７）
受像用透明テストフィルムは、撮像用カメラ２で撮像した際に、画像の輝度値より、閾値を設け、吐出良、不良の識別が出来る程度の透過度があれば足りるが、好ましくは、透過度が高い、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ナイロン−６、ナイロン−６．６、ポリ塩化ビニリデン、ポリエーテルスルフォン等を用いることが出来る。受像用透明フィルムの膜厚は、２５〜２５０μｍ程度であることが望ましい。
また受像用透明テストフィルム７の表面の接触角は８０°以下（水の場合）が好ましい。
さらに撮像カメラ２により検査用パターン８の画像データを取得する際、イメージセンサ２と照明手段１を移動させる代わり、前記検査用パターン８の吐出された前記受像用透明テストフィルム７を移動させても良い。

次に図２は、受像用透明テストフィルム７に検査用パターン８を形成した場合を撮像した画像例を示したもので、搬送方向に一定のピッチ間隔に並べてあるＲパターン１０、Ｇパターン１１、Ｂパターン１２を、それぞれ１ヘッドにより走査方向に一定の間隔毎に８ドットだけ吐出されて検査用パターンが形成されたものを示す。
もちろん検査用パターン８についてはこれに限らず、例えば、複数のヘッドより、走査方向と搬送方向に、それぞれ一定のピッチ毎に一定のインク液を吐出させても良い。また、Ｒパターン１０、Ｇパターン１１、Ｂパターン１２の３色のヘッドではなく１色のヘッドや他の複数の色のヘッドにより吐出して形成させても良い。
図２より、検査用Ｒパターンには、インク液の不吐出部１３が生じた不吐出不良を示し、検査用Ｇパターンは、インク液の吐出過剰部１４が生じた吐出過剰不良を示し、検査用Ｂパターンは、吐出不足部１５が生じた吐出不足不良の吐出不良を示している。

ここで、インクヘッドのノズルの吐出不良があるか否かの判定は、各ノズルにより吐出されたすべてのドットが予め定めておいた良品の基準を満たす場合のみ、吐出不良とする。
例えば、図３，４，５において、Ｒ，Ｇ，Ｂパターンの中、それぞれ一つのドットだけ異常で、その他のドットは正常に吐出されているが、いずれの場合も吐出不良と判定する。

（画像評価手段）
イメージセンサ２から撮像された生画像はモノクロの画像で、各画素の輝度値を画像データとして画像処理部４に入力し、また制御部５に渡される。検査処理部６ではこの制御部５に渡された画像データを取り出し、吐出検査処理を行う。

通常画像処理は、通常ＣＣＤカメラを用いて撮像した画像データを、８ビットの場合、輝度値を０〜２５５階調として、２値化処理をして、良品・不良品等の判定を行う。しかし、これはインク吐出の有無を判定する場合には有効であるが、ドットの大きさの微細な差異を測定する場合には、精度が悪く、明確に差異を判定することが困難である。そこで具体的には以下の画像処理方法を用いる。

ここで図３，４，５はそれぞれ図２の前記撮像手段により得た検査対象のドットの画像データについて、前記画像データの一列分（図３，４，５はそれぞれ図２の画像の点線Ａ，Ｂ，Ｃを示す）の輝度値を取り出して図にしたものである。

まず、それぞれのパターン毎に画像処理エリアを設けておく。次に、各エリアにおいて、走査方向の画素セル列毎に対し搬送方向の全画素輝度値の積算をするプロファイル処理を施す。インク液の吐出がある位置では、光の透過率が低いため、ＣＣＤセンサの受光量も低く、対応している画素の輝度値も低い。
予め前記の積算された輝度値に対し、Ｒ、Ｇ、Ｂパターン毎にそれぞれの輝度の閾値を決め、この閾値を下回る画素セル列が示されている検査用パターンの該当位置にはインク液の吐出があると判定する。
閾値はＲ，Ｇ，Ｂそれぞれドットがある場合とない場合が明確に区分できる位置に適宜設定するものとする。

図３、４、５は、それぞれ図２に示す検査用Ｒパターン１０、検査用Ｇパターン１１、検査用Ｂパターン１２の画像データを検査処理部６で、前記走査方向の画素セル数を横軸、前記積算した輝度値を縦軸に描画して、それぞれの輝度の閾値を上回る部分を切ったグラフである。
閾値より高い値から閾値より低い値に下回る回数をカウントして、設定値（例の検査用バターンでは８）と比較して吐出の有無を判定する。もちろん、閾値より低い値から閾値より高い値に上回る回数をカウントしても良い。
例えば検査用Ｒパターンのカウント結果は７で、検査用Ｇパターン、及び検査用Ｂパターンのカウント結果は８である。

このように、検査用Ｒパターンにはインク液不吐出の吐出不良があり、検査用Ｇパターン、及び検査用Ｂパターンにはインク液の不吐出の吐出不良がない。検査結果は検査処理部６から制御部５に送られる。

さらに、図３、４，５において、それぞれの輝度の閾値を下回る前記積算された輝度値を走査方向の画素セル列数に対して積算を行う。
これは輝度値の閾値と輝度値データに囲まれる部分の面積に値する。インク液の吐出量はこの面積の大きさにより反映される。即ち、インク液の吐出がある該当位置のすべての画素の面積を積算するのと同様である。
予め設定された基準を満たす、正常なドットについて、上記面積を算出し、その面積の許容値を定め、制御部５に記憶しておく。
そして正常に吐出された場合の値と比較し、検査パターンの各ドットが上記許容値に入れば良品、上記許容値に入らなければ吐出不良であると判定する。

例えば吐出正常部２０の１２０面積単位に対し、吐出過剰部２１は１６０面積単位、吐出不足部は８０面積単位である。許容範囲の値が２０であれば、許容値は、１００〜１４０であり、検査用Ｇパターンには吐出過剰の吐出不良があり、検査用Ｂパターンには吐出不足の吐出不良がある。判定の結果は検査処理部６から制御部５に送られる。

インク液吐出検査、及び吐出量計測装置のイメージ図 検査用パターンを撮像した画像図 検査用Ｒパターンの画素セル−輝度値を示した図 検査用Ｇパターンの画素セル−輝度値を示した図 検査用Ｂパターンの画素セル−輝度値を示した図 反射照明を用いたときの光学構成イメージ 暗視野照明を用いたときの光学構成イメージ

符号の説明

１ 照明手段
２ 撮像用カメラ
３ モーター
４ 画像処理部
５ 制御部
６ 検査処理部
７ 受像用透明テストフィルム
８ 検査用パターン
１０ 検査用Ｒパターン
１１ 検査用Ｇパターン
１２ 検査用Ｂパターン
１３ 不吐出部
１４ 吐出過剰部
１５ 吐出不足部
２０ 吐出量正常部
２１ 吐出量過剰部
２２ 吐出量不足部
１００ 反射照明
１０１ 暗視野照明

Claims (7)

1. インクジェット方式のカラーフィルタ製造工程におけるインク液の吐出不良を検査する検査方法であって、
   受像用透明テストフィルムにインク液を吐出して検査用パターンを形成し、
   前記検査用パターンが形成された前記受像用透明テストフィルムを搬送し、
   前記受像用透明テストフィルムの搬送方向と直交方向に移動する撮像手段により前記検査パターンを撮像し、
   前記撮像手段により取得した撮像画像データを用いて画像評価手段により
   前記インク液の吐出不良を検出することを特徴とするインク液の吐出検査方法。
2. 前記撮像手段は、
   撮像用カメラと、撮像する前記検査パターンを照明するための照明手段からなり、
   前記撮像カメラの移動とともに前記照明手段が撮像領域を照明するように移動することを特徴とする請求項１記載のインク液の吐出検査方法。
3. 前記照明手段は、前記撮像用カメラと前記受像用透明テストフィルムを介して同面側若しくは反対面側のいずれかにあることを特徴とする請求項１記載のインク液の吐出検査方法。
4. 前記照明手段が、前記受像用透明テストフィルムを介して前記撮像用カメラと同面側にある場合は、
   前記照明手段に反射照明若しくは暗視野照明を用いることを特徴とする請求項１記載のインク液の吐出検査方法。
5. 前記画像評価手段は、
   前記撮像手段により取得した画像データを画像処理する画像処理部と
   画像処理後のデータから前記インク液の吐出不良を検出する検査処理部よりなることを特徴とする請求項１記載のインク液の吐出検査方法。
   
6. 前記画像評価手段による画像評価は、
   前記撮像手段により得た検査対象のドットの画像データについて、
   前記画像データの一列分の輝度値を取り出し、
   閾値を設定し、前記閾値より上の輝度値を積算し、
   前記積算の値が、予め設定した許容値より大きい場合を不良、前記許容値に入る場合を良品とする判定方法を用いることを特徴とする請求項１記載のインク液の吐出検査方法。
7. インクジェット方式のカラーフィルタ製造工程におけるインク液の吐出不良を検査する検査装置であって、
   検査用パターンが形成された前記受像用透明テストフィルムを搬送する搬送手段と、
   前記受像用透明テストフィルムの搬送方向と直交方向に移動する撮像手段により前記検査パターンを撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により取得した撮像画像データを用いて前記インク液の吐出不良を検出する画像評価手段と、
   を備えることを特徴とするインク液の吐出検査装置。