JP2010211126A - Ink discharge printing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インキを基板上に吐出することで高精細なパターンを形成するインキ吐出印刷装置に関する。 The present invention relates to an ink discharge printing apparatus that forms a high-definition pattern by discharging ink onto a substrate.
例えば、カラーフィルタの製造方法としてはフォトリソグラフィー法、エッチング法等が知られている。フォトリソグラフィー法によるカラーフィルタの製造方法は、基板全体に特定色の感光性着色樹脂からなる塗布膜を形成し、パターン状に露光した後に塗布膜の不要な部分を取り除き、残ったパターンを画素とする。この方法では塗布膜の多くが現像除去されるため、大量の材料が無駄になる。さらに、色ごとに露光、現像工程を繰り返すため、工程数が多くなる。このフォトリソグラフィー方式は、カラーフィルタに限らず、有機エレクトロルミネッセンス素子等、種々の光学素子や電気素子の製造に利用されている。 For example, a photolithography method, an etching method, and the like are known as a color filter manufacturing method. The method of manufacturing a color filter by a photolithography method is to form a coating film made of a photosensitive colored resin of a specific color on the entire substrate, and after exposing the pattern, remove unnecessary portions of the coating film and use the remaining pattern as pixels. To do. In this method, a large amount of material is wasted because most of the coating film is developed and removed. Furthermore, since the exposure and development processes are repeated for each color, the number of processes increases. This photolithography method is used not only for color filters but also for manufacturing various optical elements and electric elements such as organic electroluminescence elements.
しかし、カラーフィルタが形成される基板サイズは年々大型化が進んでいる。カラーフィルタのコストダウンを図るためには、従来のフォトリソグラフィー工程を繰り返す顔料分散法等は無駄が多く、近年、インキ吐出印刷装置を用いた方法が検討されている。 However, the size of the substrate on which the color filter is formed is increasing year by year. In order to reduce the cost of the color filter, the conventional pigment dispersion method that repeats the photolithography process is wasteful, and recently, a method using an ink discharge printing apparatus has been studied.
インキ吐出印刷装置は、複数のノズル(以下、インキ吐出口と記す)が整列配置されたインキ吐出部を備えている。インキ吐出印刷装置では、インキ吐出部と被印刷基材が載置されている基材置台面を直交する2方向に相対的に移動させ描画を行っている。基板の大型化と印刷の高速化を考慮して、インキ吐出印刷装置は、複数のインキ吐出部を整列配置して備え、吐出パターン情報に基づいて吐出液量が均一になるようにインキを被印刷基材上に吐出している。 The ink discharge printing apparatus includes an ink discharge portion in which a plurality of nozzles (hereinafter referred to as ink discharge ports) are arranged and arranged. In an ink discharge printing apparatus, drawing is performed by relatively moving an ink discharge portion and a substrate placing table surface on which a substrate to be printed is placed in two orthogonal directions. In consideration of the increase in the size of the substrate and the increase in printing speed, the ink ejection printing apparatus is provided with a plurality of ink ejection portions arranged side by side, and the ink is applied so that the amount of ejection liquid is uniform based on the ejection pattern information. It is discharged onto the printing substrate.
インキ吐出部のインキ吐出口には高いインキ着弾精度(位置精度)が要求される。もし、インキ吐出部相互の相対位置精度が正確でなくなると、インキ吐出部間で隙間が生じたりドットが重なったりするためである。このような現象が生じるとスジ状の抜けやムラができ混色等の不良の原因となる。このため、インキ吐出部を配置する際に、インキ吐出部間で隙間が生じたりドットが重なったりしないように、複数のインキ吐出部のインキ吐出口面の高さが水平かつ同一の高さに、また基材置台移動方向およびインキ吐出部移動方向を定められた方向と位置に調整していた。基材が大型になるほど誤差も大きくなるため、特に大型基板を基材として用いる場合にはこのような調整が重要であった。 High ink landing accuracy (positional accuracy) is required at the ink discharge port of the ink discharge portion. This is because if the relative positional accuracy between the ink ejection portions is not accurate, gaps are formed between the ink ejection portions or dots are overlapped. When such a phenomenon occurs, streak-like omissions and unevenness occur and cause color defects and the like. For this reason, when arranging the ink ejection parts, the heights of the ink ejection port surfaces of the plurality of ink ejection parts are horizontal and the same height so that gaps do not occur between the ink ejection parts and dots do not overlap. In addition, the moving direction of the base material table and the moving direction of the ink discharge unit are adjusted to a predetermined direction and position. Such an adjustment is important particularly when a large substrate is used as the base material because the larger the base material, the larger the error.
また、基材搬送精度も同様に高い位置精度が要求される。基材搬送精度が正確でなくなると、上記と同様にスジ状の抜けやムラができ混色等の不良の原因となる。この基材搬送精度には、基材置台上に固定した基材を搬送する搬送精度と、搬送前に基材を置台の定められた位置に固定する基材位置決め精度が含まれる。これらの精度については、基材が大型化するとより高精度が要求される。 Further, high positional accuracy is also required for the substrate conveyance accuracy. If the substrate conveyance accuracy becomes inaccurate, streaky omissions and unevenness occur as in the above case, causing defects such as color mixing. This base material transport accuracy includes transport accuracy for transporting the base material fixed on the base material table and base material positioning accuracy for fixing the base material at a predetermined position on the base before transport. Regarding these accuracies, higher accuracy is required when the base material is enlarged.
ところで、インキ吐出印刷装置を用いてカラーフィルタの着色層を形成する場合、ブラックマトリックスと呼ばれる格子状もしくはストライプ状のパターン形成がなされたガラス基板を被印刷基材として使用する。近年、液晶パネルの生産性向上のため、ガラス基板の大型化が進められている。そしてブラックマトリックスは主にフォトリソグラフィー法で形成されることが多い。ここで、ガラス基板とフォトマスクが同サイズであってブラックマトリックスを一括形成できれば、フォトマスクの寸法精度がそのまま転写されるため、精度の良いブラックマトリックス付き基板を製造することができる。しかし、大型基板へのパターン形成は、フォトマスクサイズの限界から、何度かに分割しておこなっている。このため分割パターン間の相対位置関係に誤差が生じることとなる。さらに、この誤差は固定的なものではなく、ガラス基板ごとに違っている。このため、分割形成ブラックマトリックス付き大型基板の基材位置決めには、分割形成誤差の影響を最小化する配慮が必要になる。 By the way, when forming the colored layer of a color filter using an ink discharge printing apparatus, the glass substrate in which the grid | lattice-like or stripe-like pattern formation called a black matrix was made is used as a to-be-printed base material. In recent years, in order to improve the productivity of liquid crystal panels, the size of glass substrates has been increased. The black matrix is often formed mainly by photolithography. Here, if the glass substrate and the photomask are the same size and the black matrix can be formed at once, the dimensional accuracy of the photomask is transferred as it is, so that a highly accurate substrate with a black matrix can be manufactured. However, pattern formation on a large substrate is performed in several divisions due to the limitation of the photomask size. For this reason, an error occurs in the relative positional relationship between the divided patterns. Furthermore, this error is not fixed and varies from one glass substrate to another. For this reason, consideration for minimizing the influence of the division formation error is necessary for positioning the base material of the large substrate with the division formation black matrix.
さらに、基材位置決め精度は、アライメントマークの測定に使用する撮像系の分解能に大きく左右される。高精度で位置決めをするには、ブラックマトリックス形成時に同時に形成する基材位置決め用アライメントマークを小さくすることが要求され、その結果拡大して検出する必要があるので、必然的に撮像系視野は狭くならざるをえない。このことは狭視野対策として、ガラス基板を、該基板の位置決め用アライメントマークが撮像系視野内に収めたまま上流装置から搬送するか、搬送後に撮像系視野内に収める手段を備えるか、いづれかの手段を講じる必要があることを意味する。 Furthermore, the substrate positioning accuracy greatly depends on the resolution of the imaging system used for measuring the alignment mark. In order to position with high accuracy, it is necessary to make the substrate positioning alignment mark formed at the same time as the black matrix formation small, and as a result, it is necessary to enlarge and detect, so the imaging system field of view is inevitably narrow. I have to be. As a countermeasure against this narrow field of view, either a glass substrate is transported from an upstream device while the alignment mark for positioning the substrate is within the imaging system field of view, or it is provided with means for storing it within the imaging system field of view after transportation. Means that measures need to be taken.
従来、基材搬送用としてハンドフォーク付き搬送ロボットが使用されてきた。この搬送ロボットからの基材受渡し精度は±1mm程度が一般的である。これに対し、位置決め用の撮像装置の視野は、500μm四方程度となる。このため搬送ロボットから受け渡された基材を撮像系視野に入れるための手段が必要となる。このような場合、基材置台に位置決め用突当てと押当て機構を設けて基材を位置決めするのが一般的であった。 Conventionally, a transfer robot with a hand fork has been used for transferring a substrate. The substrate delivery accuracy from the transfer robot is generally about ± 1 mm. On the other hand, the field of view of the positioning imaging device is about 500 μm square. For this reason, means for putting the base material delivered from the transfer robot into the imaging system field of view is required. In such a case, it is common to position the base material by providing a positioning abutment and a pressing mechanism on the base material table.
しかしながら、基材サイズが1500×1800mm以上になると、基材と基材置台の滑り摩擦が大きくなり、基材端部の欠け発生や基材摺動時の磨耗粉発生の恐れがあり、このような問題の生じない方法が好ましい。さらに上記突当て機構は、装置を複雑化させるとともに装置価格上昇の一因となっており、この点においても、これに代わる方法で代用することが好ましい。 However, when the base material size is 1500 × 1800 mm or more, the sliding friction between the base material and the base material mount becomes large, and there is a risk of occurrence of chipping at the end of the base material or generation of abrasion powder when the base material slides. A method that does not cause a problem is preferable. Furthermore, the abutting mechanism complicates the apparatus and contributes to an increase in the apparatus price. In this respect as well, it is preferable to substitute an alternative method.
また、搬送ロボットからの基材受渡しは、基材置台から突出させた複数のピン間を基材を保持したハンドフォークが接触しないように移動して、ピン上に基材を載置して行う。このため受渡し用ピンの高さは、基材を保持するハンドフォークの肉厚と基材およびハンドフォークのたわみ、さらに高さ方向の揺れ等を考慮した寸法でなければならない。経験的には、基材サイズが1500×1800mm以上になると80mm程度の高さが必要になる。さらなる基材の大型化とともにこのピン高さは増すこととなる。 In addition, the delivery of the base material from the transfer robot is performed by moving the hand fork holding the base material between a plurality of pins protruding from the base material table so that the hand fork does not come in contact with the base material and placing the base material on the pin. . For this reason, the height of the delivery pin must be a dimension that takes into account the thickness of the hand fork holding the base material, the deflection of the base material and the hand fork, and the shaking in the height direction. Empirically, when the substrate size is 1500 × 1800 mm or more, a height of about 80 mm is required. This pin height will increase with further increase in substrate size.
ところで、基材の大面積化は、該基板に同一のパターンを多面付けすることで生産効率を高めるための方法であり、大型化したことで生産性が低下してしまうと大面積化のメリットがなくなってしまう。したがって、一枚の基材の処理時間は短ければ短い程望ましく、基材位置決め時間も短縮するのが望ましい。さらに、品種変更時の段取りのひとつである撮像系の位置合わせに要する時間も生産性に影響する。 By the way, increasing the area of the base material is a method for increasing the production efficiency by applying the same pattern to the substrate in multiple faces, and if the productivity is reduced by increasing the size, the advantage of increasing the area Will disappear. Accordingly, it is desirable that the processing time for one base material is as short as possible, and it is desirable to shorten the base material positioning time. Furthermore, the time required for alignment of the imaging system, which is one of the setups when changing the product type, also affects the productivity.
基材位置決め時間短縮の方法としては、例えば参考文献1に記載された方法では、精密な基材位置決め(微調アライメント)のための微調アライメントカメラ視野に微調アライメントマークを収めるための、粗調アライメント動作を、微調アライメント位置への基材移動中におこなっている。こうすることで、粗調アライメントと基材移動を同時におこなうことができるため、粗調アライメント時間を短縮したことになる。
しかしながら、粗調アライメント時間と基材移動時間がほぼ等しい場合には有効であるものの、基材が大きくなればなるほど、その平行処理の効果が減少することとなってしまう。
As a method of shortening the substrate positioning time, for example, in the method described in
However, although it is effective when the coarse alignment time and the base material movement time are substantially equal, the larger the base material, the less the effect of the parallel processing.
また、別の位置決め時間短縮の方法としては、例えば参考文献2に記載された方法で、光学倍率の異なる2種類のアライメントカメラが同一アライメントマークを撮像できるよ
う配置され、基材受渡し位置で粗調アライメントおよび微調アライメントすることで、基材を移動することなく基材位置決めをおこなっている。
しかしながら、この方法では同一アライメントマークを同一位置で撮像するするために偏光光学系を用いたり、粗アライメントカメラを傾けて用いるため、光学系が高価になったり、カメラ位置調整に時間がかかってしまうという問題がある。
Another method for shortening the positioning time is, for example, the method described in Reference 2, in which two types of alignment cameras with different optical magnifications are arranged so as to capture the same alignment mark, and coarse adjustment is performed at the substrate delivery position. By alignment and fine alignment, the substrate is positioned without moving the substrate.
However, this method uses a polarization optical system to image the same alignment mark at the same position, or tilts the coarse alignment camera, so that the optical system becomes expensive and it takes time to adjust the camera position. There is a problem.
さらに、上記2つの方法とも基材厚さの異なる品種変更があった場合に、複数のアライメントカメラにおいて人手による焦点調整が必要になる。これにより段取り時間が多くかかってしまうことになる。また、基材通過経路での作業により品質不良の原因となる塵埃汚染を誘引する恐れもある。このため基材厚さが変わった場合の段取り時間短縮および品質維持についても考慮されていることが好ましい。 Furthermore, when there is a change in the product with different substrate thicknesses in both the above two methods, it is necessary to manually adjust the focus in a plurality of alignment cameras. This takes a lot of setup time. In addition, there is a risk of attracting dust contamination that causes quality defects due to work in the substrate passage. For this reason, it is preferable that consideration is also given to shortening the setup time and maintaining the quality when the substrate thickness changes.
本発明の課題とするところは、インキ吐出印刷装置において、インキ吐出に先立って必要となる被印刷基材の位置決めに要する時間(位置合わせ位置までの搬送時間及びその後の位置合わせ時間)を低減し、同時に位置決めの精度を分割露光された大型基板に対応できるように改善することである。 An object of the present invention is to reduce the time required for positioning the substrate to be printed prior to ink ejection in the ink ejection printing apparatus (the transport time to the alignment position and the subsequent alignment time). At the same time, the positioning accuracy is improved so as to be compatible with a large-sized substrate that has been separately exposed.
上記問題点を解決するために、本発明の請求項1に係る発明は、基材上の所定位置にインキ吐出部に備わるインキ吐出口からインキを吐出するインキ吐出印刷装置であって、第1の方向に配列する複数のインキ吐出口を有するインキ吐出部を複数個備えるインキ吐出部ユニットと、前記インキ吐出部ユニットを第1の方向に沿って移動させる第1の移動手段と、前記基材を保持する基材保持手段と、前記基材を前記第1の方向とほぼ直交する第2の方向に、移動する第2の移動手段と、前記保持された基材を、第1の方向と第2の方向とに直交する第3の方向を回転軸として回転する手段と、前記保持された基材を、第1の方向、第2の方向および前記第3の方向の所定位置に位置決めする手段と、前記基材上に形成された位置決めマークを撮像するための低倍率と高倍率の2種類のカメラを備える撮像手段と、前記撮像手段を、第1、第2および第3の方向に移動するための撮像系移動手段と、前記撮像手段から得られる画像情報パターンから位置決めマーク位置を認識し、規定位置からのズレ量を算出する画像認識手段とを有し、前記画像認識手段からのズレを補正する第1の方向および第2の方向と直交する第3の方向に移動させるための撮像系移動手段と、を有することを特徴とするインキ吐出印刷装置としたものである。
In order to solve the above problems, an invention according to
次に、本発明の請求項2に係る発明は、前記基材保持手段は、基材を一時的に受けるための複数のリフトピンとリフトピンダウン後に前記基材を固定するための複数の真空吸着穴と、前記基材の厚さを測定するための厚さ測定装置を備えることを特徴とする請求項1に記載のインキ吐出印刷装置としたものである。
Next, in the invention according to claim 2 of the present invention, the substrate holding means includes a plurality of lift pins for temporarily receiving the substrate and a plurality of vacuum suction holes for fixing the substrate after lift pin down. And an ink discharge printing apparatus according to
次に、本発明の請求項3に係る発明は、前記基材保持手段に備わる基材載置面と前記撮像手段は、前記第3の方向に80mm以上引き離すことができることを特徴とする請求項1に記載のインキ吐出印刷装置としたものである。
Next, the invention according to
次に、本発明の請求項4に係る発明は、前記撮像手段に備わる低倍率カメラの光学軸と
高倍率カメラの光学軸の距離は、前記基材上に形成された低倍率カメラ用位置決めマークと高倍率カメラ用位置決めマークと同じ間隔で連結され、且つ一体となって第1、第2および第3の方向に移動できるようにしたことを特徴とする請求項1又は請求項3に記載のインキ吐出印刷装置としたものである。
Next, in the invention according to claim 4 of the present invention, the distance between the optical axis of the low-magnification camera and the optical axis of the high-magnification camera provided in the image pickup means is the low-magnification camera positioning mark formed on the substrate. The high-magnification camera positioning mark is connected at the same interval, and can be moved together in the first, second, and third directions. This is an ink discharge printing apparatus.
次に、本発明の請求項5に係る発明は、前記撮像手段は、連結する低倍率カメラと高倍率カメラを2組と、更に別の高倍率カメラを1個又は2個備えていることを特徴とする請求項1又は請求項4に記載のインキ吐出印刷装置としたものである。
Next, the invention according to
本発明のインキ吐出印刷装置は、基材置台の基材載置面と粗アライメントカメラおよび精密アライメントカメラとの高さ方向の間隔が80mm以上に設定でき、且つ搬送ロボットのハンドフォークが、基材置台上にあっても、基板受け用の伸縮自在なリフトピンと接触しない構成となっている。そのため、ハンドフォーク上の大型基材を所望の位置まで搬送した後、リフトピンを伸ばすことで基材を受け、フォークを引き上げると該基材をリフトピンで支持することができる。この後リフトピンを下げると基材置台に大型基材を載置できる。この結果、従来装置では必要であった、基材置台手前の基材受渡し位置から基材位置決め位置までの基材搬送が不要となり、それに要する時間を短縮することができる。 In the ink ejection printing apparatus of the present invention, the distance between the substrate mounting surface of the substrate mounting table and the coarse alignment camera and the precision alignment camera in the height direction can be set to 80 mm or more, and the hand fork of the transfer robot can Even if it is on the pedestal, it is configured not to come into contact with the stretchable lift pins for receiving the substrate. Therefore, after conveying the large base material on the hand fork to a desired position, the base material can be received by extending the lift pin, and when the fork is pulled up, the base material can be supported by the lift pin. Thereafter, when the lift pins are lowered, a large base material can be placed on the base material table. As a result, it is not necessary to transport the base material from the base material delivery position before the base material placing stand to the base material positioning position, which is necessary in the conventional apparatus, and the time required for it can be shortened.
また、本発明のインキ吐出印刷装置は、撮像視野が搬送ロボットから受け渡された基材上にある粗調アライメントマークを撮像できる広さをもった低倍率カメラを粗調アライメントカメラとして設けたことで、基材突き当て機構を使用することなく、基材を固定したまま位置決めが可能な構成である。このため、突き当ての当接に伴って生じていた基材端部の損傷がなくなる。 In addition, the ink ejection printing apparatus of the present invention is provided with a low-magnification camera as a coarse alignment camera having an area in which the imaging field of view can be imaged on the base material transferred from the transport robot. Thus, positioning is possible with the base material fixed without using the base material abutting mechanism. For this reason, the damage of the base-material edge part which has arisen with the contact | abutting of abutment is lose | eliminated.
また、本発明のインキ吐出印刷装置は、粗調アライメントカメラと微調アライメントカメラを一体化したもの2組を基材上に形成された粗調アライメントマークと微調アライメントマーク間隔と同じにしたことで、基材を移動することなく粗調アライメントおよび微調アライメントを行うことができ、時間短縮をはかることができた。 In addition, the ink discharge printing apparatus of the present invention is the same as the coarse alignment mark formed on the base material and the fine alignment mark interval between the two sets obtained by integrating the coarse alignment camera and the fine alignment camera. Coarse alignment and fine alignment could be performed without moving the substrate, and the time could be shortened.
さらに、本発明のインキ吐出印刷装置は、粗調アライメントカメラと微調アライメントカメラとも垂直下方に同間隔で形成された粗調アライメントマークおよび微調アライメントマークを撮像できるため、光学系の簡素化とそれにともなう低価格化をはかることができた。また、簡素な光学系であるため、カメラ故障時の交換作業も簡易化することができた。 Furthermore, the ink ejection printing apparatus of the present invention can image the coarse alignment mark and the fine alignment mark formed at the same interval vertically below both the coarse alignment camera and the fine alignment camera, thereby simplifying the optical system and accompanying it. The price could be reduced. In addition, since the optical system is simple, the replacement work when the camera fails can be simplified.
さらに、本発明のインキ吐出印刷装置は、粗調アライメントカメラと微調アライメントカメラとも第1(X方向)、第2(Y方向)、第3(Z方向)の方向に移動できるようにしたことで、品種変更時に人手による装置内でのカメラ位置調整が不要となり、段取り時間を短縮することができた。この結果、作業員による塵埃汚染もなく品質維持をはかることができた。 Furthermore, the ink ejection printing apparatus of the present invention is configured such that both the coarse alignment camera and the fine alignment camera can move in the first (X direction), second (Y direction), and third (Z direction) directions. This eliminates the need to manually adjust the camera position in the device when changing the product type, thus shortening the setup time. As a result, the quality could be maintained without dust contamination by the workers.
また、本発明のインキ吐出印刷装置は、微調アライメントカメラ4個とそれらで撮像した画像を処理する画像処理装置を備え、基材上のパターン形成部4隅付近の精密アライメントマークの位置誤差を均等化させることで、大型基材での分割パターン露光誤差を極小化し、高精度な基材位置決めをすることができた。 In addition, the ink ejection printing apparatus of the present invention includes four fine alignment cameras and an image processing apparatus that processes images captured by them, and evenly positions errors of the precision alignment marks in the vicinity of the four corners of the pattern forming portion on the substrate. As a result, it was possible to minimize the division pattern exposure error on a large-sized substrate and perform highly accurate substrate positioning.
また、本発明のインキ吐出印刷装置は、上述したように、ハンドフォークで基材を置台深部まで搬入可能な構成であるので、基材位置決め位置を塗工部直前に配置することで、
本塗工前の基材移動時間を最小化することができた。
In addition, as described above, the ink ejection printing apparatus of the present invention has a configuration in which the base material can be carried into the placing base deep portion with a hand fork, so by placing the base material positioning position immediately before the coating portion,
The substrate movement time before the main coating could be minimized.
また、本発明のインキ吐出印刷装置は、基材厚さ検出器を備えているのでその厚さ情報により、粗調アライメントカメラと微調アライメントカメラとも第3(Z方向)の方向に移動させ焦点合わせをすることができる。このことで焦点合わせを画像認識でおこなう場合より速く合わせることができる。 In addition, since the ink ejection printing apparatus of the present invention is provided with a base material thickness detector, the coarse alignment camera and the fine alignment camera are moved in the third (Z direction) direction according to the thickness information to perform focusing. Can do. This makes it possible to perform focusing faster than when performing image recognition.
上記効果により、本発明のインキ吐出印刷装置は、基材位置決め時間および段取り時間を短縮できとことで生産性が向上するとともに、高精度でクリーンな塗工を行うことができた。 Due to the above-described effects, the ink ejection printing apparatus of the present invention can improve the productivity by being able to shorten the base material positioning time and the setup time, and can perform high-precision and clean coating.
本発明になるインキ吐出印刷装置を実施の形態に沿って、図面を参照しながら詳細に説明する。
The ink ejection printing apparatus according to the present invention will be described in detail along the embodiments with reference to the drawings.
図1は、本発明のインキ吐出印刷装置の一例を示す概略斜視図である。また、図2は本発明になるインキ吐出印刷装置のインキ吐出部ユニットの概略を説明する斜視図である。 FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of the ink ejection printing apparatus of the present invention. FIG. 2 is a perspective view for explaining the outline of the ink discharge unit of the ink discharge printing apparatus according to the present invention.
図1に示すように、本発明のインキ吐出印刷装置は、基材搬送ステージ2とインキ吐出部ユニット14とインキ吐出部ユニット移動軸4とメインコントローラ10とアライメントカメラ部40と画像処理部23を含む吐出制御部9等で構成されている。
As shown in FIG. 1, the ink ejection printing apparatus of the present invention includes a substrate conveyance stage 2, an
基材搬送ステージ2には、基材1を固定するための真空吸着穴を設けた基材吸着板23が備えられ、基材表面より突出するものなく基材を固定することができる。これによって、基材1とインキ吐出部13の間隔を予め設定された望ましい間隔に近づけられる。
The base material transport stage 2 includes a base
また、基材搬送ステージ2は基材1をθ方向に回転させるためのθ調整機構とX方向に移動させるためのステージX軸28が備わっている。これらにより、後に詳しく説明するが、基材1を吸着固定した状態で基材位置決めを行うことができる。
The substrate transport stage 2 includes a θ adjusting mechanism for rotating the
また、第2方向(以下、基材搬送方向とも記す)先端のインキ吐出部ユニット14には
、図4に示すようにアライメントマーク20を検出するための倒立顕微鏡7が備えられ、アライメントマークの位置からインキ吐出部ユニットを基材搬送方向と直交するよう調整することができる。この調整によって、各インキ吐出部は基材搬送方向と直交する位置に配置することができる。
Further, the
また、インキ吐出部ユニット14は、アライメントマーク20を基準に、複数のインキ吐出部13吐出口の平行度と、隣り合うインキ吐出部のインキ吐出口の間隔をインキ吐出印刷装置外の装置(以下、修正装置と記すが図示せず。)を使用して調整できるようになっている。
In addition, the
この修正装置は、移動軸上に発生するインキ吐出部ユニット14の第3方向の誤差を修正する昇降修正手段を含むものである。そして、基材を回転しヨーイング誤差を修正する手段も含むものとしてもよい。そして、この修正装置を予め動作させて測定した各誤差情報を該修正装置に転送しておくと、修正装置はインキ吐出部を移動軸にそって移動する際に発生するたわみをこの情報に基づいて自動修正する。これにより、インキ吐出印刷装置の実稼動時に各インキ吐出部の位置調整する工程を省くことができる。
This correction device includes an elevation correction means for correcting an error in the third direction of the
前記インキ吐出部ユニット移動軸4は、図2に示すφ方向18にインキ吐出部ユニット14を回転させるためのφ調整機構15が具備されている。これによって、インキ吐出部ユニット14のアライメントマーク20(図4に示す)の位置からインキ吐出部ユニット14を基材搬送方向と直交するよう修正することができる。
The ink discharge unit moving shaft 4 is provided with a
また、インキ吐出部ユニット移動軸4には、図2に示す第3方向(以下、Z方向とする)17にインキ吐出部ユニット14を昇降させことが可能で、インキ吐出口と基材との間隔を所望の値に保つことができる。 Further, the ink discharge unit moving shaft 4 can be moved up and down in a third direction (hereinafter referred to as Z direction) 17 shown in FIG. The spacing can be kept at a desired value.
また、インキ吐出部ユニット14の第1方向(以下、X方向とも記す)12の位置を検出するためのリニアスケール5が具備されている。これにより、インキ吐出部ユニット14の位置制御および後述の各補正制御を行うことができる。
A
メインコントローラ10は、基材搬送ステージの移動にともなうX方向の測定値を記録する記録部が内蔵されている。これによって、第2の方向(以下、Y方向とする)の所望の位置でのヨーイング誤差に応じてθ軸を回転させることで、ヨーイング誤差の修正をすることができる。
The
また、メインコントローラは、基材搬送ステージの移動にともなう(Z方向の誤差)の測定値を記憶する記録部が内蔵されている。これによって、Y軸上の所望の位置でのX方向の誤差量を把握することができる。そして、基材搬送ステージの移動中の任意の位置におけるのX方向の誤差量に応じてX調整機構28を移動させることで、X方向の誤差の補正することができる。
In addition, the main controller has a built-in recording unit that stores a measurement value (error in the Z direction) that accompanies the movement of the substrate transport stage. Thereby, the error amount in the X direction at a desired position on the Y axis can be grasped. Then, the error in the X direction can be corrected by moving the
また、吐出制御部9には、インキ吐出部ユニット14の移動にともなうX軸上の位置の測定値を記録する記録部が内蔵されている。これによって、X軸上の所望の位置での予定位置と実際位置の誤差を把握することができる。そして、インキ吐出部ユニット14を別の所望の位置に移動させた後、その位置での予定位置と実際位置との誤差に応じてインキ吐出口の吐出のタイミング(吐出開始時間)を変えることで補正をすることができる。
Further, the ejection control unit 9 has a built-in recording unit that records the measurement value of the position on the X-axis as the
次に、図4は本発明のインキ吐出印刷装置のインキ吐出部ユニット内のインキ吐出部の配列およびアライメントマークの概略を説明するための概略図である。 Next, FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the outline of the arrangement and alignment marks of the ink discharge units in the ink discharge unit of the ink discharge printing apparatus of the present invention.
インキ吐出部13は、基材搬送方向と直交する方向に平行に配置されている。また、インキ吐出口範囲よりインキ吐出部本体の幅が広い。そして、隣り合うインキ吐出部は、基材搬送方向にずらした千鳥状の配置としている。
The
このため、隣接するインキ吐出部の、Y方向の位置の違い分だけ吐出タイミングを変えることで、インキ吐出部を直線状に配置した場合と同様に均一なインキ吐出をすることができる。 For this reason, by changing the ejection timing by the difference in the position in the Y direction between adjacent ink ejection portions, uniform ink ejection can be performed as in the case where the ink ejection portions are arranged linearly.
前記アライメントマーク20は、基材搬送ステージ2の倒立顕微鏡7で検出できるようインキ吐出部ユニット本体下側にある。また、このアライメントマーク20を基準として、各インキ吐出部をX方向12、φ方向18とも所望の位置に調整する。
The
図5は基材搬送ロボットから基材1を受け取るために基材吸着板23に備えられた昇降可能な受渡し用ピン(以下、リフトピン30と記す)が基材搬送ステージから突き出している状態を示している。このピン間隔はハンドフォーク61(図11参照)の幅より広くなっていることで基材搬送ロボット60のハンドフォークとの接触を回避している。
FIG. 5 shows a state where delivery pins (hereinafter referred to as lift pins 30) provided on the
さらに、基材吸着板23には基材厚さを測定するための基材厚さ検出器33が備わっている。これにより基材厚さを基材受取り時に認識できるため、後述する各アライメントカメラの焦点合わせを容易にすることができる。
Further, the
図6は、基材搬送ステージ2が基材位置決め位置にあるときの、基材搬送ステージ2とアライメントカメラ部40の相対的な位置関係を説明する図である。各アライメントカメラは基材搬送ステージ上方に配置され、基材搬送ロボット60からリフトピン上面に基材を受け取る際に、各アライメントカメラと接触しないよう基材吸着板23上面から80mm以上の間隔としている。
FIG. 6 is a diagram for explaining the relative positional relationship between the base material transport stage 2 and the
図7はアライメントカメラ41,42,43,44の配置とアライメントカメラ移動軸53a,53b,54a,54bを示している。アライメントカメラは2個の粗調アライメントカメラと4個の微調アライメントカメラを備え、図8のように粗調アライメントカメラは微調アライメントカメラと固定具47で一体化され、その2組41,42がインキ吐出部ユニット側にX方向と平行に配置されている。また、図9に示す残り2個の微調アライメントカメラ43,44は搬送ロボット側にX方向と平行に配置されている。
FIG. 7 shows the arrangement of the
これら4ヶ所のアライメントカメラは、2個のアライメントカメラがそれに沿って移動するアライメントカメラX軸53a,53b、4個のアライメントカメラZ軸で、X方向50、Z方向51を独立に移動することができる。また、同様に一対のアライメントカメラY軸54a,54bによって一体化した粗調アライメントカメラと微調アライメントカメラ2組と微調アライメントカメラ2個を別々に独立して移動させることができる。
These four alignment cameras can move independently in the
また、基材吸着板の基材厚さ検出器とアライメントカメラZ軸により、基材の厚さ情報からカメラの焦点合わせをすることができる。 Further, the camera can be focused from the thickness information of the substrate by the substrate thickness detector of the substrate suction plate and the alignment camera Z-axis.
ここで、図10に各アライメントカメラと基材上のアライメントマークの位置関係を示す。基材上の粗調および微調アライメントマーク48,49はブラックマトリックスパターン形成部の4隅に配置されていて、それらはX軸に平行で、その間隔は粗調および微調アライメントカメラと同間隔としている。 FIG. 10 shows the positional relationship between each alignment camera and the alignment mark on the substrate. The coarse and fine alignment marks 48 and 49 on the substrate are arranged at the four corners of the black matrix pattern forming portion, and are parallel to the X axis, and the interval thereof is the same as that of the coarse and fine alignment cameras. .
アライメントカメラと各移動軸より、基材上にあるアライメントマークを撮像することができる。また、撮像位置から画像処理装置に予め記憶させたアライメントマーク画像と
の位置ズレを測定し、さらに修正すべきθおよびX方向の補正量(ズレ修正移動量)を算出することができる。
The alignment mark on the substrate can be imaged from the alignment camera and each movement axis. In addition, it is possible to measure a positional deviation from the alignment mark image stored in advance in the image processing apparatus from the imaging position, and to calculate a correction amount (deviation correction movement amount) in the θ direction and the X direction to be further corrected.
次に、基材1を基材搬送ステージ2に固定し位置決めする手順を説明する。
Next, a procedure for fixing and positioning the
基材固定の手順としては、はじめに図11のように基材搬送ステージを基材位置決め位置に移動させた状態でリフトピンを上昇させておく。次に、各アライメントカメラを基材のアライメントマーク位置情報に基づきアライメントマーク近傍まで移動させる。次に、図12のように基材搬送ロボットのハンドフォーク61で基材を基材搬送ステージのリフトピンに受け渡す。基材搬送ロボットのハンドフォーク61を退避させた状態が図13である。次に、リフトピンを下降させて基材搬送ステージに密着させる。このとき下降スピードが速すぎると基材搬送ステージに接触する寸前で基材がエア浮上状態となりX,Y方向にズレてしまう。この量が大きいと粗調アライメントマークが粗調アライメントカメラの視野から外れてしまう。このためリフトピン下降は基材が基材搬送ステージに接触する寸前で速度を下げてエア浮上状態を回避している。
次に、基材を基材吸着板に真空吸引した状態を図14に示す。この状態で基材厚さ検出器にて基材厚さを測定し、焦点が合うよう各アライメントカメラをZ方向に移動させる。これにより基材の固定および基材位置決め準備ができる。
As a procedure for fixing the substrate, first, the lift pins are raised in a state where the substrate transport stage is moved to the substrate positioning position as shown in FIG. Next, each alignment camera is moved to the vicinity of the alignment mark based on the alignment mark position information of the substrate. Next, as shown in FIG. 12, the base material is transferred to the lift pins of the base material transport stage by the
Next, the state which vacuum-sucked the base material to the base material adsorption | suction board is shown in FIG. In this state, the substrate thickness is measured by the substrate thickness detector, and each alignment camera is moved in the Z direction so as to be in focus. Thereby, fixation of a base material and base material positioning preparation can be performed.
基材位置決めの手順を図14用いて説明する。はにめに、粗調アライメントマークを粗調アライメントカメラで撮像し、予め画像処理装置に記憶させたアライメントマークとの位置ズレ量から補正量を算出し、その量だけ基材ステージをX、Yおよびθ方向に移動させる。再度粗調アライメントマーク位置を撮像し、位置ズレ量が許容範囲であれば粗調アライメントを完了する。しかし位置ズレ量が許容範囲外であった場合は、上記手順を繰返すことで許容範囲内にする。ここで、はじめから粗調アライメントマーク位置が許容範囲内であった場合は、そのまま粗調アライメントを完了させる。 The base material positioning procedure will be described with reference to FIG. First, the coarse alignment mark is imaged by the coarse alignment camera, the correction amount is calculated from the positional deviation amount from the alignment mark stored in the image processing apparatus in advance, and the substrate stage is moved by the amount to the X and Y positions. And move in the θ direction. The coarse alignment mark position is imaged again, and if the positional deviation amount is within an allowable range, the coarse alignment is completed. However, if the positional deviation amount is outside the allowable range, the above procedure is repeated to make it within the allowable range. Here, when the coarse alignment mark position is within the allowable range from the beginning, the coarse alignment is completed as it is.
次に、微調アライメントマークを微調アライメントカメラで撮像し、予め画像処理装置に記憶させたアライメントマークとの位置ズレ量から補正量を算出し、その量だけ基材ステージをX、Yおよびθ方向に移動させる。このとき、補正量は移動後に4点の位置ズレ量が均等になるよう(ズレている点とズレていない点の差が少ないように)算出する。再度微調アライメントマーク位置を撮像し、位置ズレ量が許容範囲であれば微調アライメントを完了する。しかし位置ズレ量が許容範囲外であった場合は、上記手順を繰返すことで許容範囲内にする。ここで、はじめから微調アライメントマーク位置が許容範囲内であった場合は、そのまま微調アライメントを完了させる。 Next, the fine alignment mark is imaged by the fine alignment camera, and the correction amount is calculated from the positional deviation amount from the alignment mark stored in the image processing apparatus in advance, and the substrate stage is moved in the X, Y, and θ directions by that amount. Move. At this time, the correction amount is calculated so that the positional deviation amounts of the four points are equal after movement (so that the difference between the deviation point and the non-displacement point is small). The fine alignment mark position is imaged again, and if the positional deviation amount is within an allowable range, the fine alignment is completed. However, if the positional deviation amount is outside the allowable range, the above procedure is repeated to make it within the allowable range. Here, when the fine alignment mark position is within the allowable range from the beginning, the fine alignment is completed as it is.
基材位置決め後に、基材搬送ステージをインキ吐出部に移動させて塗工をおこない、基材上のブラックマトリクス開口部すべてにインキ吐出を行う。 After positioning the base material, the base material transport stage is moved to the ink discharge portion to perform coating, and ink is discharged to all the black matrix openings on the base material.
1…基材
2…基材保持部
3…メンテナンスステーション
4…インキ吐出部ユニット移動軸(X軸)
5…リニアスケール
6…インキ吐出部ユニット移動ベース
7…倒立顕微鏡
8…搬送ステージ制御部
9…吐出制御部
10…メインコントローラ
11…基材搬送ステージ搬送方向(Y方向)
12…インキ吐出部ユニット移動方向(X方向)
13…インキ吐出部
14…インキ吐出部ユニット
15…φ調整機構(φ軸)
16…昇降機構(Z軸)
17…Z方向
18…φ方向
19…インキ吐出部ベース板
20…アライメントマーク
21…カメラ1
22…カメラ2
23…基材吸着板
24…X方向
25…θ方向
26…θ調整機構(θ軸)
27…基材搬送ステージ
28…ステージX軸(X調整機構)
30…リフトピン
31…リフトピン昇降方向(Z方向)
32…画像処理装置
33…基材厚さ検出器
40…アライメントカメラ部
41…一体型アライメントカメラ部(a)
42…一体型アライメントカメラ部(b)
43…微調アライメントカメラ部(c)
44…微調アライメントカメラ部(d)
45(a)…粗調アライメントカメラ(a)
45(b)…粗調アライメントカメラ(b)
46(a)…微調アライメントカメラ(a)
46(b)…微調アライメントカメラ(b)
46(c)…微調アライメントカメラ(c)
46(d)…微調アライメントカメラ(d)
47(a)…カメラ一体化ブラケット(a)
47(b)…カメラ一体化ブラケット(b)
47(c)…カメラ一体化ブラケット(c)
47(d)…カメラ一体化ブラケット(d)
48(a)…粗調アライメントマーク(a)
48(b)…粗調アライメントマーク(b)
49(a)…微調アライメントマーク(a)
49(b)…微調アライメントマーク(b)
49(c)…微調アライメントマーク(c)
49(c)…微調アライメントマーク(d)
50…アライメントカメラX軸移動方向(X方向)
51…アライメントカメラY軸移動方向(Y方向)
52…アライメントカメラZ軸移動方向(Z方向)
53(a)…アライメントカメラX軸(a)
53(b)…アライメントカメラX軸(b)
54(a)…アライメントカメラY軸(a)
54(b)…アライメントカメラY軸(b)
60…基材搬送ロボット
61…ハンドフォーク
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
12. Ink discharge unit unit moving direction (X direction)
13 ...
16 ... Elevating mechanism (Z axis)
17 ...
22 ... Camera 2
23 ...
27: Substrate transport stage 28: Stage X axis (X adjustment mechanism)
30 ...
32 ...
42. Integrated alignment camera part (b)
43 ... fine alignment camera part (c)
44 ... fine alignment camera part (d)
45 (a) ... coarse alignment camera (a)
45 (b) ... coarse alignment camera (b)
46 (a) ... fine alignment camera (a)
46 (b) Fine alignment camera (b)
46 (c) Fine alignment camera (c)
46 (d) ... fine alignment camera (d)
47 (a) ... Camera integrated bracket (a)
47 (b) ... Camera integrated bracket (b)
47 (c) ... Camera integrated bracket (c)
47 (d) ... Camera integrated bracket (d)
48 (a) ... coarse alignment mark (a)
48 (b) ... coarse alignment mark (b)
49 (a) Fine alignment mark (a)
49 (b) ... fine alignment mark (b)
49 (c) ... fine alignment mark (c)
49 (c) ... fine alignment mark (d)
50 ... X-axis movement direction of the alignment camera (X direction)
51 ... Y-axis movement direction of alignment camera (Y direction)
52 ... Z axis movement direction of alignment camera (Z direction)
53 (a) ... Alignment camera X-axis (a)
53 (b) ... Alignment camera X-axis (b)
54 (a) ... alignment camera Y axis (a)
54 (b) ... alignment camera Y-axis (b)
60 ...
Claims (5)
第1の方向に配列する複数のインキ吐出口を有するインキ吐出部を複数個備えるインキ吐出部ユニットと、
前記インキ吐出部ユニットを第1の方向に沿って移動させる第1の移動手段と、
前記インキ吐出部ユニットを第1の方向と第2の方向とに直交する第3の方向を回転軸として回転する手段と、
前記基材を保持する基材保持手段と、
前記基材を前記第1の方向とほぼ直交する第2の方向に、移動する第2の移動手段と、
前記保持された基材を、第1の方向と第2の方向とに直交する第3の方向を回転軸として回転する手段と、
前記保持された基材を、第1の方向、第2の方向および前記第3の方向の所定位置に位置決めする手段と、
前記基材上に形成された位置決めマークを撮像するための低倍率と高倍率の2種類のカメラを備える撮像手段と、
前記撮像手段を、第1、第2および第3の方向に移動するための撮像系移動手段と、
前記撮像手段から得られる画像情報パターンから位置決めマーク位置を認識し、規定位置からのズレ量を算出する画像認識手段とを有し、
前記画像認識手段からのズレを補正する第1の方向および第2の方向と直交する第3の方向に移動させるための撮像系移動手段と、
を有することを特徴とするインキ吐出印刷装置。 An ink discharge printing apparatus that discharges ink from an ink discharge port provided in an ink discharge portion at a predetermined position on a substrate,
An ink discharge unit comprising a plurality of ink discharge portions having a plurality of ink discharge ports arranged in the first direction;
First moving means for moving the ink discharge unit along a first direction;
Means for rotating the ink discharge unit with a third direction orthogonal to the first direction and the second direction as a rotation axis;
Substrate holding means for holding the substrate;
Second moving means for moving the base material in a second direction substantially orthogonal to the first direction;
Means for rotating the held substrate with a third direction orthogonal to the first direction and the second direction as a rotation axis;
Means for positioning the held substrate at predetermined positions in a first direction, a second direction, and the third direction;
An imaging means comprising two types of cameras of low magnification and high magnification for imaging the positioning mark formed on the substrate;
An imaging system moving means for moving the imaging means in the first, second and third directions;
Image recognition means for recognizing a positioning mark position from an image information pattern obtained from the imaging means and calculating a deviation amount from a specified position;
An imaging system moving means for moving in a first direction that corrects a deviation from the image recognition means and a third direction orthogonal to the second direction;
An ink ejection printing apparatus comprising:
Priority Applications (1)
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