JP2008233624A - インクジェットヘッドのリペア方法及びリペア装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットヘッドのノズル穴がインク固着により、ミスディレクションや、不吐出を生じたインクジェットヘッドを、新たなインクジェットヘッドに交換することなく、不良吐出を生じたインクジェットヘッドを再生することが可能な、リペア方法、及びリペア装置を提供することを課題とする。
【解決手段】インクジェットヘッドの吐出不良のノズル穴にレーザーを照射して、前記ノズル穴に固着したインクを気化させる工程を特徴とするインクジェットヘッドのリペア方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレーのカラーフィルター製造や有機ＥＬディスプレー製造に用いられるインク吐出装置におけるインクジェットヘッドの不良ノズルのリペア方法に関する。

近年、パーソナルコンピューターの発達、液晶テレビの大型化、携帯電話の普及などに伴い、カラー液晶ディスプレーの需要が増加する傾向にある。しかし、更なる普及のためにコストダウンは必須であり、コストの比率が大きいカラーフィルターのコストダウンに対する要求が高まっている。

現在、カラーフィルターの製造方法としては、（１）染色法、（２）顔料分散法、（３）印刷法、（４）電着法、（５）インクジェット法が知られている。
（１）染色法は、ガラス基板上に染色させるための水溶性高分子を形成し、これをフォトリソグラフィーの工程を経て所望の形状にパターンニングした後、染色液に浸すことで着色されたパターンを得て、これを３回繰り返し、Ｒ．Ｇ．Ｂ．のカラーフィルター層を得る方法である。

この方法で得られたフィルターは透過率も高く色相も豊富で、技術の完成度も高いため、現在カラー固体撮像素子（ＣＣＤ）に多用されていたが、染料を使用するため耐光性に劣り、製造工程の数も多いことから、液晶表示素子（ＬＣＤ）用としては、近年、顔料分散法に取って代わられている。

（２）顔料分散法は、近年最も主流のカラーフィルターの製造方法である。まず、ガラス基板上に顔料を分散した樹脂層を形成し、フォトリソグラフィー工程を経てパターニングする。これを３回繰り返し、Ｒ．Ｇ．Ｂ．のカラーフィルター層を得る。この製造法は、技術の完成度は高いが工程数が多くコストが高いのが欠点である。

（３）印刷法は、熱硬化型の樹脂に顔料を分散させ、印刷を３回繰り返すことで、Ｒ．Ｇ．Ｂ．を塗り分け、その後で熱を加えて樹脂を硬化させることによりカラーフィルター層を得る。この方法は、Ｒ．Ｇ．Ｂ．層の形成に際しては、フォトリソグラフィーが必要としないが、解像度や膜厚の均一性の点に問題がある。

（４）電着法は、水溶性高分子に顔料を分散させた電解溶液中で、予めパターニングした透明電極上に７０Ｖ程度の高電圧を印加し、電着膜を形成することで電着塗装を行い、これを３回繰り返し、Ｒ．Ｇ．Ｂ．のカラーフィルター層を得る。この方法は、予め透明電極をフォトリソグラフィーによりパターニングして、これを電着用の電極として使用する必要があり、パターンの形状が限定されるため、ＴＦＴ液晶用には使えないという欠点がある。

上記のような欠点を補うべく、インクジェット方式を利用したカラーフィルターの製造方法が盛んに開発、検討されている（例えば特許文献１〜３参照）。インクジェット方式を利用した方法は製造プロセスが簡略で低コストであるという利点がある。

このインクジェット方式を用いたカラーフィルター製造装置は、記録媒体とＲ、Ｇ、ＢもしくはＹ、Ｍ、Ｃの各色に複数のノズルを直線状に配列したインクジェットヘッドが相対的に主走査方向に往復移動し、副走査方向に間欠的に設定量ずつ送る記録媒体送り手段を備え、インクジェットヘッドを主走査方向に移動させつつ、ヘッドからインク液を記録媒体に圧力発生器でインクを所定圧で加圧し、その圧力に基づいてインクをノズル形成面にあるノズルから記録媒体に向けてコントロールされた大きさのインク滴として吐出して各色に複数の着色部を同時に着色する。

なお、インクジェットヘッドのノズルからのインク吐出特性は、一定に維持される必要がある。従って、このような製造装置においては、各インクジェットヘッドのノズル位置を高精度に調整し、かつ、吐出工程において、各インクジェットヘッドのノズル位置を維持することが重要である。

カラーフィルターの製造に使用される一個のインクジェットヘッドでは、おおよそ１５０ｄｐｉの解像度があり、５０ｍｍに約３００個のノズル穴が開いていることになる。ノズルの直径は２０μｍ〜３０μｍ程であり、非常に小さい。全てのノズルから液が吐出されないとムラが発生してしまうので、不吐出があるヘッドは交換あるいは補修する必要が生じる。

このため、インクジェット装置にはノズルの吐出不良を防ぐ為にインクジェットヘッドのノズルを検査、クリーニング可能なメンテナンス装置が塗工機には搭載されている。しかしながら、インクジェットヘッドのノズルは長期間使用していると、上記メンテナンス装置では対処できない吐出不良が起こる可能性がある。

例えば、ヘッドのノズル位置を高精度の調整する為のアライメント中の時は、ヘッドノズル面を観察する為にヘッドノズル面をキャッピングする事が出来ないため、ノズル面あるいはノズル穴に存するインクが乾燥してしまい、不吐出が起きやすい傾向がある。また、不吐出には至らない場合においても、ノズル穴に固着したインクが障害となり、吐出したインクが目的位置以外に着弾して（以下、ミスディレクションという）、印刷不良となってしまうおそれがある。

特に、カラーフィルター用のインクジェットヘッドのノズルは、微細であるため、不良吐出のノズルを補修することは困難である。従って、不吐出が起きたインクジェットヘッドは新品の物に交換しなければならなかった。インクジェットヘッドは高精度に製作されており、非常に高価であるが上記のように消耗品のため、長く使用できる方法が検討されてきた。

また、インクジェットヘッドはガラス基板の大きさが大きいほど必要な数が多くなる。すなわち、Ｇ６サイズと言われるガラスサイズはおよそ１５００ｍｍ×１８００ｍｍである。幅５０ｍｍのインクジェットヘッドを１０個並べると５００ｍｍとなる。それを１往復半すると１５００ｍｍの幅への塗工が可能となる。Ｇ８サイズのガラスになると２１００ｍｍ×２４００ｍｍのガラスとなり、同じ１往復半で塗工するにはヘッドが１４個必要となる。より精密にインクを塗出するとなると、ノズルとノズルの間隔を狭くする必要があり、ノズル間ピッチの半分ずらしてさらにヘッドを配列させなければならなく、ヘッドの数を増やす事になる。従って、一度に使用するインクジェットヘッドの個数が増加するため、吐出不良を生じる機会も増加することになり、新たなインクジェットヘッドに交換するためのコストが問題となる。

特開平９−２７７５７１号公報 特開平１０−３３２９２４号公報 特開２００１−３４３５１３号公報

このような問題を鑑みて、本発明では、インクジェットヘッドのノズル穴がインク固着により、ミスディレクションや、不吐出を生じたインクジェットヘッドを、新たなインクジェットヘッドに交換することなく、不良吐出を生じたインクジェットヘッドを再生することが可能な、リペア方法、及びリペア装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、インクジェットヘッドのリペア方法に係る発明として、以下の（１）〜（４）を提案する。
（１） インクジェットヘッドの吐出不良のノズル穴にレーザーを照射して、前記ノズル穴に固着したインクを気化させる工程を特徴とするインクジェットヘッドのリペア方法。
（２） （１）のインクジェットヘッドのリペア方法において、さらにインクジェットヘッドはカラーフィルター用のインクを吐出する事を特徴とするインクジェットヘッドのリペア方法。
（３） （２）のインクジェットヘッドのリペア方法において、照射するレーザー光には、波長１．０６μｍの光を含むことを特徴とするインクジェットヘッドのリペア方法。
（４） 上記インクジェットヘッドのリペア方法において、固着したインクを気化させる工程の後、前記ノズル穴の傷部分に撥インク性物質を塗布することを特徴とするインクジェットヘッドのリペア方法。

またインクジェットヘッドのリペア装置に係る発明として、以下の（５）〜（７）を提案する。
（５） インクジェットヘッドを固定する設置台と、前記インクジェットヘッドのノズル面が照準位置となるように設置された撮像素子と、前記インクジェットヘッドのノズル面が照射位置となるように設置されたレーザー照射手段と、を少なくとも有するインクジェットヘッドのリペア装置。
（６） （５）のインクジェットヘッドのリペア装置において、インクジェットヘッドのノズル穴の傷部分に撥インク性材料を塗布する手段を有することを特徴とするインクジェットヘッドのリペア装置。
（７） 上記インクジェットヘッドのリペア装置において、カラーフィルター用インクジェットヘッドのリペア装置であり、１．０６μｍの波長を発信波長とするレーザー照射手段を有することを特徴とする請求項５又は６に記載インクジェットヘッドのリペア装置。

（１）の発明により、レーザー光によりノズル穴に固着したインクを気化し、除去することにより、従来修復不可能であった不良吐出ノズルを生じたインクジェットヘッドの再生が可能となった。

特に、（２）の発明で示すように、カラーフィルターの製造において本インクジェットヘッドのリペア方法を用いることにより、微細なノズル穴による吐出不良についても修復可能である。さらに、（３）の発明のように、１．０６μｍの波長のレーザー光を照射することにより、この波長ではカラーフィルターの着色層を形成する着色材料インクの光吸収が大きいために、効果的に固着したインクを気化させ、除去できる

さらに、（４）の発明では、インクの固着を生じるノズル表面の傷部分に撥インク性の物質を塗布することにより、インクの固着を防ぐことができるために、不良吐出ノズルの発生を防ぐことができる。

以上のようなインクジェットヘッドのリペア方法が、（５）〜（７）に記載の発明のインクジェットヘッドのリペア装置により可能となった。

まず、インクジェット装置を用いたカラーフィルターの製造方法について説明する
カラーフィルターは、インク自体を硬化して着色層を形成する方法、インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層を透明基板上に形成し、この受容層にインクを付与して着色する方法や透明基板上にブラックマトリクスの溌インク性をもった土手の中にインクを付与し、着色層を形成する方法などがある。

図１に着色層の形成に用いるインクジェット塗工装置の一例を示す。図１のインクジェット装置は、インクジェットヘッドが複数個配列したインクジェットヘッドユニット１を持つ。カラーフィルターを生成するためには、着色層を形成する各色（例えばＲ、Ｇ、Ｂ）のインキの吐出を行う必要があるため、前述した複数個並んでいるインクジェットヘッドの組み合わせが各色配置されている。また、インクジェットヘッドは主走査方向に移動し、基板２上に画像描画を行う。

図２はインクジェットヘッドの一例の外観図である。Ｙ字配管インクチューブ７がインクジェットヘッド６に接続され、インクを供給する。インクはインクジェットの下部端面に配列されたノズルから吐出される。

次に、図３はカラーフィルターの塗工中の例を示す模式図である。
ブラックマトリクス８は透明基板２に形成されている溌インク性を含んだものであり、インクを硬化させるための障壁となる。インクジェットヘッド６にあるノズルから、着色層の材料からなるインク液滴９を吐出し、着色層１０を形成する。本例では、一つのインクジェットヘッドによる塗工の様子を示したが、複数色の着色層（例えばＲ、Ｇ、Ｂの３色）を形成するためには、３個のインクジェットヘッドを用い、それぞれブラックマトリクスの開口部に対応してインク滴と付与しなければならない。インク吸収性を有する樹脂等からなる受容層にインクを付与する場合においても、混色、吐出位置のミスディレクション等を防ぐために所定の場所にインクを吐出する必要がある。

ところで、カラーフィルターの画素サイズから主走査方向の位置ずれ誤差の許容値を例にとって算出すると、ブラックマトリクス６の開口部が約１２０μｍ、上記塗工装置のインク滴の径が約１００μｍであるとすると、ステージの移動誤差、塗出ばらつき等を考慮すると、インクジェットヘッドの許容誤差は±５μｍ程度である。従って、当該装置においてインクジェットヘッドと透明基板との位置合せには非常に高い精度が要求される。このため、位置合せだけでなく、インク滴の飛ぶ方向がインクジェットヘッドのノズル詰まりが原因で目的の位置とは異なる場所に飛ぶと、混色等の欠陥となってしまう。また、インクの固着あるいは異物の付着等によって目詰まりし、不吐出ノズルが生じた場合には、色むらが生じることとなる。

そこで本発明では、レーザー装置から吐出不良を生じているノズル穴にレーザー光を照射することにより、ノズル穴に固着したインクをレーザー光のエネルギーによりインクを蒸発させ、除去するものとした。

本発明の実施の形態では、インクジェットヘッドをカラーフィルター色修正機に設置し、インクジェットヘッドのノズル面を観察し、レーザーを用いてノズル穴と同じ大きさのレーザーを当てて固着したインクを気化させる事でノズル詰まりを取り除き、不吐出やミスディレクションを解消するものである。以下、本発明について詳細に説明する。

具体的には、まずインクジェットヘッドが多数配列されたインクジェットユニットにおいて、どのインクジェットヘッドから不吐出が起きるか検知する。これは公知の吐出検査装置を用いて特定することが出来る。この作業により、不吐出ノズル及び、吐出不良を生じているノズルを有するインクジェットヘッドを特定する。

不吐出があるインクジェットヘッドをインクジェットユニットから取り外し、本発明のリペア装置のインクジェットヘッド設置部にセットする。この設置部は、インクジェットヘッドのノズル位置をレーザー照射位置に対して相対的に移動できるステージとなっていることが好ましい。

インクジェットヘッドを設置部にセットした後、リペア装置に接続された撮像素子を用いて、インクジェットヘッドの表面状態を観察し、吐出不良を生じているノズル位置を特定する。リペア装置には、撮像素子からのインクジェットヘッドのノズル面の画像データを格納し、処理する画像処理装置を接続することができる。画像データから吐出不良を生じているノズル位置を特定する。インクの固着したノズル穴は、黒く開いているように見えないので、容易に判別が可能である。その後、手動あるいはステージ制御手段によって、特定された吐出不良のノズル穴にレーザー照射位置を合わせる。

レーザー照射位置にインクジェットヘッドを設定した後、レーザー照射手段により、レーザー照射位置、つまり吐出不良ノズル穴にレーザー光を照射し、固着したインクを除去する。図４は、不良ノズルに固着したインクを除去する工程の模式図である。不良ノズル１２に固着したインク１３は、レーザー光１４の照射により気化され、除去される。レーザー光はノズル穴のいずれの場所でも照射可能であるように、ノズル面に対して略垂直に照射するか、あるいは傾きを変えられることが好ましい。

このとき用いるレーザー照射手段としては、例えば以下の文献で示されているような公知のレーザー加工装置を利用可能である。
特許第３３８８１７４号公報
特開平３−２０９４２２号公報
特開２００５−１８６１００号公報

照射するレーザー光の波長としては、１．０６μｍの波長を有するものを用いることが望ましい。この波長のレーザー光であれば、カラーフィルターの着色層を形成する着色材料インクの光吸収が大きく、効果的に固着したインクを気化させ、除去できるからである。

また照射するレーザー光の一回の照射あたりの光エネルギーは、４００ｍＪ〜１８００ｍＪであることが好ましい。これ以下では固着したインキを気化させ、取り除くことができないおそれがある。また、エネルギーが高すぎると、発熱や、レーザー光によるインクジェットヘッドの損傷のおそれがあるためである。レーザー光の照射による除去工程は、複数回に分けてレーザーを照射する事で取り除いてもよい。

ここで、インクジェットヘッドの表面状態を観察し、図５のように傷１５や異物１６、汚れが付着している場合は、処理しておくことが好ましい。ノズル部分に傷があると、その箇所にインクが固着することにより、上述のようなミスディレクションや不吐出を生じることとなる。

本発明のリペア装置によりインクを除去した後であれば、傷箇所の固着インクがレーザー照射により全て除去され、傷部分の表面があらわになっているため、この部分に撥インク性の物質を塗布する事により、当該傷部分へのインクが固着を防ぐことが可能である。これにより、傷による吐出不良を起こす事がなくなる。また、エアーで繊維等のゴミを吹き飛ばす事が可能であり、カラーフィルターの異物や繊維スジ等を無くす事が出来る。撥インク性の液体は、例えばノズル表面がポリイミドフィルムで構成されている場合には、特殊フッ素樹脂微粒子とフッ素系ワニスを主成分とした撥水塗料等を用いることができる。

修正処理が完了したインクジェットヘッドは洗浄液を流し、インクジェットヘッドの内部を洗浄した後、テーブルテストにて塗出確認を行い、分類分けされて保管されるか、再度ヘッドユニットにセットされる。外した時に入っていた色と同じ色の箇所に設置する事で、違うインクを混ぜる事が無くなる。

本発明のインクジェットヘッドリペア装置の構成例を図６に示す。本装置は、不良吐出ノズルが発見されたインクジェット装置を、ノズル面があらわになるように固定するため設置台１６を有している。設置台は、装置上で２方向稼動し、ノズル面のどの箇所でも撮像素子１７で観察でき、レーザー照射手段１８によってレーザー光を照射できるものとすることが好ましい。

撮像素子１７は、不吐出ノズル及びインク固着箇所の位置が特定できる性能のものであれば公知のものが使用できる。例えば通常カラーフィルターの外観検査装置に用いられるようなＣＣＤカメラである。撮像素子１８は図示していない画像処理装置に接続し、設置台のあるステージと連動するようにしてもよい。

レーザー照射手段１８は、前述のように公知のレーザー加工装置を利用可能である。レーザー光照射経路には、図示していないレーザー光の口径を調節する手段を設置しても良い。

上記の他にも、異物（ゴミ、繊維等）を取り除くためのエアー噴射手段や、撥インク性材料を塗布する手段を具備していてもよい。

以上のように、本発明のインクジェットヘッドのリペア方法、リペア装置を用いることで、従来修復不可能であった不良吐出ノズルを生じたインクジェットヘッドの再生が可能となり、さらに、インクの固着を生じるノズル表面の傷部分に撥インク性の物質を塗布することにより、不良吐出ノズルの発生を防ぐことができる。

塗工装置の一例を示す外観図である。 インクジェットヘッドの外観図である。 カラーフィルターの塗工中の例を示す模式図である。 固着したインクを除去する工程の模式図である。 インクジェットヘッドのノズル面の説明図である。 本発明のインクジェットヘッドリペア装置の模式図である。

符号の説明

１……インクジェットヘッドユニット
２……透明基板
３……メンテナンス装置
４……主走査方向移動装置
５……副走査方向移動装置
６……インクジェットヘッド
７……Ｙ字配管インクチューブ
８……ブラックマトリクス
９……インク液滴
１０……着色層
１１……ノズル穴
１２……不良ノズル穴
１３……固着したインク
１４……レーザー光
１５……ノズル表面の傷
１６……インクジェットヘッド設置部（ステージ）
１７……レーザー照射手段
１８……撮像素子
１９……エアー噴射手段

Claims (7)

1. インクジェットヘッドの吐出不良のノズル穴にレーザーを照射して、前記ノズル穴に固着したインクを気化させる工程を特徴とするインクジェットヘッドのリペア方法。
2. 前記インクジェットヘッドはカラーフィルター用のインクを吐出する事を特徴とする請求項１のインクジェットヘッドのリペア方法。
3. 照射するレーザー光には、波長１．０６μｍの光を含むことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドのリペア方法。
4. 前記固着したインクを気化させる工程の後、前記ノズル穴の傷部分に撥インク性物質を塗布することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドのリペア方法。
5. インクジェットヘッドを固定する設置台と、
   前記インクジェットヘッドのノズル面が照準位置となるように設置された撮像素子と、
   前記インクジェットヘッドのノズル面が照射位置となるように設置されたレーザー照射手段と、
   を少なくとも有するインクジェットヘッドのリペア装置。
6. 前記インクジェットヘッドのノズル穴の傷部分に撥インク性物質を塗布する手段を有することを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッドのリペア装置。
7. カラーフィルター用インクジェットヘッドのリペア装置であり、１．０６μｍの波長を発信波長とするレーザー照射手段を有することを特徴とする請求項５又は６に記載インクジェットヘッドのリペア装置。